KR100219059B1

KR100219059B1 - Light emitting device and manufacturing method thereof

Info

Publication number: KR100219059B1
Application number: KR1019960023658A
Authority: KR
Inventors: 최병일
Original assignee: 김영환; 현대전자산업주식회사
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 1999-09-01
Also published as: KR980006552A

Abstract

본 발명은 기판 상의 소정부위에 형성되어 광을 발산하는 발광소자; 상기 발광소자 상에 형성되어 광을 투과하는 투명박막, 상기 발광소자와 오버랩된 부위의 상기 투명박막 상에 형성되어 상기 발광소자로부터 발산되는 광을 집광하는 반구형의 산화막을 구비하여, 집광 기능을 갖으며 미세한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 발광장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명은 기존의 발광소자 기능을 완성한 후 일련의 계속적인 반도체 공정으로 광 집속이 가능한 반원형의 산화막 형성 공정을 추가함으로서, 미세한 크기의 갖는 발광장치를 형성할 수 있다.The present invention provides a light emitting device comprising: a light emitting element formed on a predetermined portion of a substrate to emit light; And a hemispherical oxide film formed on the transparent thin film at a portion overlapping with the light emitting device and condensing light emitted from the light emitting device, The present invention relates to a light emitting device having a minute size and a semicircular oxide film forming process capable of light focusing by a series of continuous semiconductor processes after completing the functions of a conventional light emitting device, A light emitting device having a minute size can be formed.

Description

Light emitting device and manufacturing method thereof

제1도 및 제2도는 종래의 발광장치 구성도.FIGS. 1 and 2 are schematic diagrams of a conventional light emitting device. FIG.

제3a도 내지 제3e도는 본 발명의 일실시예에 따른 발광장치 제조 공정도.FIGS. 3a through 3e are views illustrating steps of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention. FIG.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS

11 : 기판 12 : 절연막11: substrate 12: insulating film

l3 : 발광소자 14 : 투명박막l3: light emitting element 14: transparent thin film

15 : 다결정실리콘 박막 16 : 버퍼층15: polycrystalline silicon thin film 16: buffer layer

17 : 버퍼층 패턴 18 : 산화막17: buffer layer pattern 18: oxide film

본 발명은 발광소자를 제조할 때, 통상적인 반도체 제조 공정을 더 수행하여 집광까지 가능하도록 하는 발광장치 및 고 제조 방법에 관한 것으로, 발광소자에서 작은 부피로 미세 광 집속이 가능하므로 광 컴퓨터, 광 집적회로(lC) 등에 응용될 수 있다.The present invention relates to a light emitting device and a method of manufacturing a light emitting device that can perform light collecting by further performing a conventional semiconductor manufacturing process in manufacturing a light emitting device. Since light can be focused in a small volume from a light emitting device, An integrated circuit (IC) or the like.

일반적으로 빛은 희절의 특성이 있어, 발광소자로부터 방출된 빛은 넓은 각도로 퍼져 나간다. 이렇게 방출된 빛을 먼 거리에까지 도달시킬 필요가 있거나, 저전력(약한 빚 세기)으로 사용하려면 광 집속을 위한 집광 장치가 필요하다. 또한 광 소자의 크기가 작으면 작을수록 회절 특성이 더욱 강해져 광집속의 필요성은 더욱 커진다.Generally, light is a characteristic of a light, and the light emitted from the light emitting element spreads at a wide angle. If the emitted light needs to reach a long distance, or if it is used at low power (weaker strength), a light concentrating device for light focusing is needed. Further, the smaller the size of the optical element, the stronger the diffraction characteristic becomes, and the greater the necessity of focusing the light.

따라서, 발광소자는 별도의 집광 장치를 필요로 한다.Therefore, the light emitting element requires a separate light collecting device.

종래 발광장치를 제1도 및 제2도를 참조하여 살펴본다.A conventional light emitting device will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

제1도는 현재 시중에서 많이 볼 수 있는 LED 또는 레이저 다이오드(Laser Diode)의 집광 장치로서, LED 또는 레이저 다이오드(Laser Diode)인 발광소자(2)와, 상기 발광소자를 내장할 수 있는 공간을 제공하는 케이스(Case,3)와, 상기 케이스(3)의 한쪽면으로부터 발산되는 발광소자의 광을 집광하기 위하여 반구형의 투명 재질로 형성되는 집광부(4)로 구성된다. 집광부(4)는 유리 또는 아크릴 류를 사용한다. 미설명 도면부호 '1'은 전원 공급선이며,'5'는 집광된 빚이다.1 is a condensing device of an LED or a laser diode, which is widely used in the market, and includes a light emitting element 2 which is an LED or a laser diode and a space for accommodating the light emitting element And a light collecting part 4 formed of a hemispherical transparent material for collecting the light of the light emitting element emitted from one side of the case 3. The light collecting part (4) uses glass or acryl. 1 'is a power supply line, and' 5 'is a condensed debt.

상기와 같이 종래의 발광장치는 통상적인 반도체 제조 공정으로 발광소자를제조한 후, 상기 발광소자로부터 발산되는 광을 집광하기 위한 장치는 반도체 제조공정이 아닌 별도의 방법으로 제조하고 있다.As described above, in the conventional light emitting device, a device for collecting light emitted from the light emitting device after manufacturing a light emitting device in a conventional semiconductor manufacturing process is manufactured by a method other than a semiconductor manufacturing process.

그러나, 이러한 종래의 발광장치는 그 전체 부피가 발광소자의 10배 이상 커서 수 mm이상이 된다.However, the total volume of such a conventional light emitting device is more than ten times larger than the light emitting device, and is several millimeters or more.

제2도는 또 다른 종래의 발광장치를 나타내는 것으로, 발광소자(2)의 둘레에 케이스(3)가 구비되고, 발광소자 자체에서는 집광 기능이 엾음으로 별도의 렌즈(6)를 이용하여 집광하는 장치를 나타낸다. 미설명 도면부호 '1'은 전윈 공급선이며, '5'는 집광된 빚이다.2 shows another conventional light emitting device in which a case 3 is provided around the light emitting element 2 and a light collecting device using a separate lens 6 . 1 is a power supply line, and 5 is a condensed debt.

제2도의 발광장치 역시, 통상적인 반도체 제조 공정으로 발광소자를 제조한 후, 상기 발광소자로부터 발산되는 광을 집광하기 위한 장치는 반도체 제조 공정이 아닌 별도의 방법으로 제조하고 있으며. 전체 부피가 수 mm이상이 된다.Also in the light emitting device of FIG. 2, a device for collecting light emitted from the light emitting device after manufacturing a light emitting device by a conventional semiconductor manufacturing process is manufactured by a method other than a semiconductor manufacturing process. The total volume is several millimeters or more.

이와 같이 부피가 큰 제품으로는 몇 개 이내의 발광소자만을 사용하는 시스템에서는 무리가 없으나, 광 컴퓨터 또는 광 집적회로 등의 회로를 구성하려면 수십 만개 이상의 발광소자와 검광 소자가 필요하므로 현실적으로 제작이 어렵다.Although a bulky product can be used in a system using only a few light emitting elements, a light computer or an optical integrated circuit requires hundreds of thousands of light emitting elements and a light emitting element in order to construct a circuit. .

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 집적회로 제조기술에 의한 미세한 크기의 집광렌즈를 갖는 발광장치 및 그의 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a light emitting device having a condensing lens of a small size by an integrated circuit manufacturing technique and a method of manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 발광장치는 집광 기능을 갖으며 미세한 크기를 갖기 위한 발광장치에 있어서, 기판 상의 소정부위에 형성되어 광을 발산하는 발광소자; 상기 발광소자 상에 형성되어 광을 투과하는 투명박막; 및 상기 발광소자와 오버랩된 부위의 상기 투명박막 상에 형성되어 상기 발광소자로부터 발산되는 광을 집광하는 반구형의 산화막을 구비하며, 상기 산화막은 국부적인 산화공정에 의해 형성된 열산화막인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a light emitting device of the present invention has a light collecting function and has a minute size, the light emitting device comprising: a light emitting element formed on a predetermined portion of a substrate to emit light; A transparent thin film formed on the light emitting element and transmitting light therethrough; And a hemispherical oxide film formed on the transparent thin film at a portion overlapping with the light emitting device and condensing light emitted from the light emitting device, wherein the oxide film is a thermal oxide film formed by a local oxidation process .

또한, 본 발명의 발광장치 제조 방법은, 집광기능을 갖으며 미세한 크기를 갖기 위한 발광장치 제조 방법에 있어서, 기판 상에 발광소자를 형성하는 단계; 상기 발광소자 상부에 투명박막과 실리콘막을 차례로 형성하는 단계; 상기 실리콘막상에 상기 실리콘막의 산화를 억제하기 위한 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 발광소자와 오버랩된 부위의 상기 실리콘막이 노출되도록 상기 버퍼층을 선택적으로 식각하는 단계; 및 열산화 공정에 의해 상기 노출된 실리콘막을 산화시켜 반구형의 산화막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.The method of manufacturing a light emitting device of the present invention includes the steps of: forming a light emitting device on a substrate; Sequentially forming a transparent thin film and a silicon film on the light emitting device; Forming a buffer layer on the silicon film to suppress oxidation of the silicon film; Selectively etching the buffer layer to expose the silicon film at a portion overlapped with the light emitting device; And oxidizing the exposed silicon film by a thermal oxidation process to form a hemispherical oxide film.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention. do.

제3e도는 본 발명의 일실시예에 따른 발광장치의 단면도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 발광장치는 기판(11), 상기 기판 상의 소정부위가 노출되도록 개구부를 갖으며 형성된 절연막(12), 상기 개구부에 형성되어 광을 발산하는 발광소자(13), 상기 발광소자(13)와 절연막(12) 상에 형성된 투명박막(14), 상기 발광소자(13)와 오버랩된 부위의 상기 투명박막(14) 상에 형성되어 상기 발광소자(13)로부터 발산되는 광을 집광하는 반구형의 산화막(18)으로 형성된다. 상기 반구형의 산화막(18)은 국부적인 열산화 공정에 의해 형성된 열산화막으로서, 그 크기가 아주 미세하다.3E is a cross-sectional view of a light emitting device according to an embodiment of the present invention. As shown in the drawing, a light emitting device according to an embodiment of the present invention includes a substrate 11, A transparent thin film 14 formed on the insulating layer 12, a light emitting element 13 formed on the insulating layer 12, a light emitting element 13 formed on the opening, And a hemispherical oxide film 18 which is formed on the transparent thin film 14 at the overlapped portion and condenses the light emitted from the light emitting element 13. The hemispherical oxide film 18 is a thermally oxidized film formed by a local thermal oxidation process, and its size is very fine.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 발광장치를 게조하는 방법을 제3a도 내지 제3e도를 통해 살펴본다.A method of controlling the light emitting device of the present invention having the above structure will be described with reference to FIGS. 3a through 3e.

먼저, 제3a도에서와 같이, 기판(11) 상에 절연막(12)과 발광소자(13)를 기존의 방법대로 진행하여 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, an insulating film 12 and a light emitting device 13 are formed on a substrate 11 by a conventional method.

일반적으로, LED 또는 LD(Laser Diode, 레이저 다이오드)는 양 전극 사이에발광 특성을 갖는 반도체 물질을 두고 전압을 가하면 옆쪽으로 빛을 방출되는 것이 그 특성이나 최근에는 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diode)과 같이 전극과 같은 방향으로 빛이 방출되도록 하는 발광소자가 개발 중에 있다. 이러한 VCSEL 형태의 발광소자에 본 발명은 더욱 유용하게 응용될 수 있다. 왜냐하면 보통의 반도체 제조 공정과 같이 웨이퍼위에서 이러한 공정이 이루어지면 기존의 반도체 공정인 박막 도포 공정, 정렬 노광 공정, 식각 공정 기술 등을 그대로 사용할 수 있기 때문이다.In general, LEDs or LDs (laser diodes) have a semiconductor material having a light-emitting property between both electrodes. When a voltage is applied to the semiconductor material, light is emitted sideways. In recent years, however, VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diode) A light emitting element that emits light in the same direction as the electrode is under development. The present invention can be more effectively applied to such a VCSEL type light emitting device. This is because, if a wafer is processed in the same manner as a conventional semiconductor manufacturing process, a thin film coating process, an alignment exposure process, and an etching process technique, which are conventional semiconductor processes, can be used as they are.

이어서, 제3b도와 같이 전체구조 상에 투명박막(14), 다결정실리콘박막(15), 및 버퍼(Buffer)층(16)을 차례로 적층한다.Subsequently, a transparent thin film 14, a polycrystalline silicon thin film 15, and a buffer layer 16 are sequentially stacked on the entire structure as shown in FIG. 3b.

투명박막(14)은 유리, TEOS, SOG, 석영(Quartz) 등의 산화막, 아크릴 류, 또 감광막 등의 폴리이미드 류 등을 경화시켜서 사용할 수 있다. 그 두께는 스멜의 법칙(Smel1's Law)을 만족하여 집광효율을 극대화할 수 있도록 차후 형성될 집광 산화막의 곡률 반경과 비슷한 것이 바람직하다.The transparent thin film 14 can be used by curing an oxide film such as glass, TEOS, SOG, or quartz, acrylics, polyimides such as a photosensitive film, or the like. It is preferable that the thickness thereof is similar to the radius of curvature of the light-converging oxide film to be formed later so as to maximize the light-condensing efficiency by satisfying the Smel's Law.

그리고, 다결정실리콘 박막(15) 대신에 비정질 실리콘(Amorphous silicon)박막을 사용할 수 있다.In place of the polycrystalline silicon thin film 15, an amorphous silicon thin film may be used.

버퍼층(16)은 이후의 국부산화공정을 위한 산화 마스크 박막으로써, 질화 규소(Si₃N₄)의 단일 박막 또는 질학규소와 다결정실리콘박막의 이중 박막을 사용한다.The buffer layer 16 uses a single thin film of silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) or a double thin film of silicon silicon and a polycrystalline silicon thin film as the oxidation mask thin film for the subsequent local oxidation process.

이어서, 제3c도와 같이 리소그래피 공정(정렬 노광 공정과 건식식각 공정)을 통하여 버퍼층을 선택적으로 식각함으로써, 발광소자와 오버랩된 기역의 다결정 실리콘박막(15)이 노출되도록 버퍼층 패턴(l7)을 얻는다.Then, a buffer layer pattern 17 is obtained by selectively etching the buffer layer through a lithography process (an alignment exposure process and a dry etching process) as shown in FIG. 3c to expose the polycrystalline silicon thin film 15 of the base region overlapped with the light emitting device.

이어서, 제3d도와 같이 500∼1500℃의 고온 상태에서 산화 공정을 수행하여 노출된 다결정 실리콘박막(15)을 산화시켜 반구형 형태의 산화막(18)을 형성한다. 이 곡면의 곡률 반경과 상기 투명박막의 두께는 같도록 공정을 제어하는 것이 바람직하다.Subsequently, an oxidation process is performed at a high temperature of 500 to 1500 ° C as in the third step to oxidize the exposed polycrystalline silicon thin film 15 to form a semi-spherical oxide film 18. It is preferable to control the process so that the radius of curvature of the curved surface is equal to the thickness of the transparent thin film.

상기와 같은 산화막(18)을 형성하기 위한 일련의 국부산화공정은 반도체 장치의 필드(Field)산화막 성장과정을 응용한 것으로, 산화막은 집광 기능을 수행하게 된다.A series of local oxidation processes for forming the oxide film 18 as described above is applied to the field oxide film growth process of a semiconductor device, and the oxide film performs a light condensing function.

그리고, 제3e도와 같이 버퍼층 패턴(17)을 제거한다.Then, the buffer layer pattern 17 is removed as in the step 3e.

이어서, 반도체 조립 과정(Sawing, Packing)을 거쳐 실제 발광소자와 비슷한 크기의 미세 발광장치를 얻는다.Subsequently, a micro-light-emitting device having a size similar to that of an actual light-emitting device is obtained through a semiconductor assembly process (Sawing, Packing).

여기서, 버퍼층을 제거시키지 않고 바로 제3d도와 같은 소자를 조립 과정을 거쳐 발광장치로 사용할 수 있으며, 제3e도와 같이 잔류하는 버퍼층 패턴을 제거한 후 다결정실리콘박막까지 제거하고 반도체 조립 공정을 거쳐 발광장치로 사용할 수도 있다.In this case, the device as shown in FIG. 3 can be directly used as a light emitting device without removing the buffer layer. After removing the remaining buffer layer pattern as in FIG. 3e, the polycrystalline silicon thin film is removed, It can also be used.

본 발명은 기존의 발광소자 기능을 완성한 후 일련의 계속적인 반도체 공정으로 광 집속이 가능한 반원형의 산화막 형성 공정을 추가함으로서, 미세한 크기의 갖는 발광장치를 형성할 수 있다.The present invention can form a light emitting device having a small size by adding a semicircular oxide film forming process capable of focusing light to a series of continuous semiconductor processes after completing a conventional light emitting device function.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으르 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. In addition, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

Claims

1. A light emitting device having a light collecting function and having a minute size, the light emitting device comprising: a light emitting element formed on a predetermined portion of a substrate and emitting light; A transparent thin film formed on the light emitting element and transmitting light therethrough; And a hemispherical oxide film formed on the transparent thin film at a position overlapping with the light emitting device to condense light emitted from the light emitting device, wherein the oxide film is a thermal oxide film formed by a local oxidation process Device.

The method according to claim 1, wherein the thickness of the transparent thin film and the radius of curvature of the hemispherical oxide film are the same.

The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting device is one of an LED, an LD, and a VCSEL.

The light emitting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the transparent thin film is any one of glass, TEOS, SOG, quartz, acrylics, polymers, and polyimides.

A method of manufacturing a light emitting device having a light collecting function and having a small size, the method comprising: forming a light emitting device on a substrate; Sequentially forming a transparent thin film and a silicon film on the light emitting device; Forming a buffer layer on the silicon film to suppress oxidation of the silicon film; Selectively etching the buffer layer to expose the silicon film at a portion overlapped with the light emitting device; And oxidizing the exposed silicon film by a thermal oxidation process to form a hemispherical oxide film.

6. The method according to claim 5, wherein the buffer layer pattern is removed after the oxide film formation step and the assembly process is performed.

7. The method of claim 6, wherein the silicon film remaining after the removal of the buffer layer pattern is removed, and then an assembling process is performed.

The method of manufacturing a light emitting device according to any one of claims 5 to 7, wherein the thickness of the transparent thin film and the radius of curvature of the hemispherical oxide film are the same.

The method of any one of claims 5 to 7, wherein the light emitting device is one of an LED, an LD, and a VCSEL.

The method according to any one of claims 5 to 7, wherein the transparent thin film is one of glass, TEOS, SOG, quartz, acrylics, polymers or polyimides.

The method according to any one of claims 5 to 7, wherein the buffer layer is a layer in which a silicon nitride thin film or a polysilicon thin film and a silicon nitride film are stacked.

The method of manufacturing a light emitting device according to any one of claims 5 to 7, wherein the silicon film is a polysilicon film or an amorphous silicon film.

The method of manufacturing a light emitting device according to any one of claims 5 to 7, wherein the oxidation step for obtaining the hemispherical oxide film is performed at 500 to 1500 占 폚.