KR100600373B1 - White light emitting diode and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 백색 발광 소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질화물 반도체계 블루 발광 소자의 양측면을 식각하여 레드 및 그린 발광 유기물층을 양측면에 형성하여 R, G, B의 가법혼합에 의해 백색 발광을 구현하는 백색 발광 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 또한 산화아연등의 기판을 사용하여 에피층의 특성이 향상된 정션 다운 타입(junction down type)의 백색 발광 소자에 관한 것이다. 이러한 특징으로 인해 발광 효율을 극대화 할 수 있으며 백색 발광소자의 제조 용이성 및 제조단가의 감소를 실현하고, 하나의 셀로 백색을 구현하므로 초소형화, 초박막화를 실현하고, 산화아연기판등의 사용으로 에피층의 특성을 향상시키는 현저한 효과를 제공한다.The present invention relates to a white light emitting device and a method of manufacturing the same, and more particularly, by etching both sides of the nitride semiconductor-based blue light emitting device to form a red and green light emitting organic material layer on both sides of the white by the additive mixture of R, G, B The present invention relates to a white light emitting device for emitting light and a method of manufacturing the same. The present invention also relates to a junction down type white light emitting device in which the epitaxial layer is improved by using a substrate such as zinc oxide. Due to these features, the luminous efficiency can be maximized, and the ease of manufacture and the reduction of manufacturing cost of the white light emitting device are realized, and the white color is realized in one cell, so that the microminiaturization and ultra-thin film are realized, and the use of zinc oxide substrate, etc. It provides a significant effect of improving the properties of the layer.
백색, 발광 소자, 유기발광 White, light emitting device, organic light emitting
Description
도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 개략적인 구성 단면도,1 is a schematic cross-sectional view of a light emitting diode according to the prior art;
도 2는 종래의 형광물질을 이용한 백색 발광 다이오드의 개략적 구성 단면도,2 is a schematic sectional view of a white light emitting diode using a conventional fluorescent material,
도 3a 내지 3f는 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드의 제조방법에 대한 수순도,3a to 3f are flowcharts of a method of manufacturing a white light emitting diode according to the present invention;
도 4a 내지 4d는 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드의 변형에 관한 부분 단면도이다.4A to 4D are partial cross-sectional views of a modification of a white light emitting diode according to the present invention.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Explanation of symbols for the main parts of the drawings **
11: 기판 12: 전도성 기판11: substrate 12: conductive substrate
13: N-GaN층 14: 활성층13: N-GaN layer 14: active layer
15: P-GaN층 16: 전류확산전극15: P-GaN layer 16: current diffusion electrode
17: 반사용 메탈층 18: 상부 전극17: reflective metal layer 18: upper electrode
19: 하부 전극 20, 30: 그린 및 레드 발광 유기물층19:
21, 31: 유기 발광층 22, 32: 정공 수송층21, 31: organic
23, 33: 전자 수송층 24, 34:정공 주입층23, 33:
25, 35: 전자 주입층 40: 측벽 패시베이션25, 35
본 발명은 백색 발광 소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질화물 반도체계 블루 발광 소자의 양측면을 식각하여 레드 및 그린 발광 유기물층을 양측면에 형성하여 R, G, B의 가법혼합에 의해 백색 발광을 구현하는 백색 발광 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a white light emitting device and a method of manufacturing the same, and more particularly, by etching both sides of the nitride semiconductor-based blue light emitting device to form a red and green light emitting organic material layer on both sides of the white by the additive mixture of R, G, B The present invention relates to a white light emitting device for emitting light and a method of manufacturing the same.
최근 GaN 계를 이용한 발광 다이오드는 청색, 녹색 계의 발광 다이오드로 주목받고 있으며 활성층으로 사용되는 InXGa1-XN는 그 에너지 대역폭(band gap)의 범위가 넓어서 In의 조성에 따라 가시광의 전 영역에서의 발광이 가능한 물질로 알려져 있다. 이 발광 다이오드는는 전광판, 표시소자, 백라이트용의 소자, 전구 등 그 응용영역이 매우 넓으며 점차 응용의 범위가 확대, 증가되는 추세에 있어 고품위의 발광 다이오드의 개발이 매우 중요하다. Recently, light emitting diodes using GaN system are attracting attention as blue and green light emitting diodes, and In X Ga 1-X N used as active layer has a wide range of energy bandwidth (band gap). It is known to be a substance capable of emitting light in the region. The light emitting diode has a very wide application area such as a display board, a display device, a backlight device, and a light bulb, and the development of high quality light emitting diodes is very important in the trend of increasing and increasing the scope of application.
도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 개략적인 구성 단면도로서, 사파이어 기판(100) 상부에 N-GaN층(101), 활성층(102)과 P-GaN층(103)이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 P-GaN층(103)에서 N-GaN층(101) 일부까지 메사(Mesa)식각되어 있고, 상기 P-GaN층(103) 상부에 투명전극(104)과 P-금속층(105)이 순차적으로 형성되어 있고, 상기 메사 식각된 N-GaN층(101) 상부에 N-금속층(106)이 형성되어 있다.1 is a schematic cross-sectional view of a light emitting diode according to the related art, in which an N-
이렇게 구성된 발광 다이오드를 몰딩컵에 접착제(108)를 이용하여 본딩하고, 하나의 외부 인출 리드와 연결된 제 1 리드프레임(109a)과 N-금속층(103)을 와이어 본딩하고, 다른 하나의 외부 인출 리드와 연결된 제 2 리드프레임(109b)과 P-금속층(105)을 와이어 본딩하여 조립한다.The light emitting diode configured as described above is bonded to the molding cup by using an adhesive 108, wire bonding the
상기와 같은 발광 다이오드의 동작을 설명하면, N 및 P 전극을 통하여 전압을 가하면 N-GaN(101) 및 P-GaN(103)층으로부터 전자 및 정공이 활성층(102)으로 흘러 들어가 전자-정공의 재결합이 일어나면서 발광을 하게 된다. 이 활성층(102)으로부터 발광된 광은 활성층의 아래, 위로 진행하게 되고 위로 진행된 광은 P-GaN(103)층을 통하여 외부로 방출되고, 상부로 진행된 광의 일부분은 하부로 진행하며서 발광 다이오드 칩 외부로 빠져나가고, 일부분은 사파이어 기판의 아래로 빠져나가 발광 다이오드 칩의 조립시 사용되는 솔더에 흡수되거나 반사되어 다시 위로 진행하여 일부는 활성층에 다시 흡수되기도 하고, 상기 활성층을 통하여 외부로 빠져나가게 된다.Referring to the operation of the light emitting diode as described above, when a voltage is applied through the N and P electrodes, electrons and holes flow from the N-
이러한 기존의 구조에서는 낮은 열전도도를 갖는 사파이어 기판에 제조되기 때문에, 소자 동작시 발생하는 열을 원활히 방출하기가 어려워, 소자의 특성이 저하되는 문제점이 있다.In the conventional structure, since the sapphire substrate having low thermal conductivity is manufactured, it is difficult to smoothly discharge heat generated during operation of the device, thereby degrading the characteristics of the device.
또한, 전극을 상부와 하부로 형성하지 못하므로, 도 1에 도시된 바와 같이, 동일 방향으로 형성되어 활성층의 일부 영역을 제거해야 하며, 이에 따라 발광면적이 감소하여 고휘도의 고품위 발광 다이오드를 실현하기 어려울뿐 아니라, 동일 웨이퍼에서 칩의 개수가 줄어들 수 밖에 없고, 제조공정도 어려워져 조립시 본딩을 두번해야 하는 문제가 발생한다.In addition, since the electrode may not be formed at the top and the bottom, as shown in FIG. 1, it is formed in the same direction to remove some regions of the active layer, and accordingly, the light emitting area is reduced to realize a high quality light emitting diode having high brightness. Not only is it difficult, but the number of chips on the same wafer is inevitably reduced, and the manufacturing process is also difficult, resulting in a problem of having to bond twice during assembly.
한편, 이러한 발광 다이오드에 있어서, 최근에는 발광 다이오드를 이용한 백색발광 광원을 구성하는 다양한 시도가 되고 있다. On the other hand, in such a light emitting diode, various attempts have recently been made to construct a white light emitting light source using the light emitting diode.
발광 다이오드를 이용하여 백색광을 얻기 위해서는 발광 다이오드가 단색성 피크파장을 가지기 때문에, R, G, B의 3개 발광 다이오드들을 근접하여 설치한 후, 발광시켜 혼색하여야 하는데, 각각의 발광 다이오드의 색조나 휘도 등이 불규칙하여 원하는 백색을 얻기 어려운 점이 있다. In order to obtain white light using the light emitting diode, since the light emitting diode has a monochromatic peak wavelength, three light emitting diodes of R, G, and B should be installed in close proximity, and then lighted and mixed. The brightness and the like are irregular, which makes it difficult to obtain a desired white color.
그리고, 백색광을 구현하기 위한 각각의 R, G, B의 발광 다이오드는 다른 재료를 사용하여 제조되기 때문에, 각 발광 다이오드의 제조가 복잡하며 구동전압이 상이함에 따라 구동회로가 복잡해진다는 단점이 있다. 이와 아울러, 각 발광 다이오드는 반도체로 제조되기 때문에, 온도특성이 다르며, 사용환경에 따라 색조가 변화하거나, 각 발광 다이오드에서 발생되는 빛을 균일하게 혼색시키기가 어렵고, 얼 룩이 발생하는 경우가 많은 등의 단점이 있다. In addition, since each of the R, G, and B light emitting diodes for implementing white light is manufactured using different materials, the manufacturing of each light emitting diode is complicated and the driving circuit becomes complicated as the driving voltages are different. . In addition, since each light emitting diode is made of a semiconductor, the temperature characteristics are different, and it is difficult to uniformly mix the light generated from each light emitting diode or to change color depending on the use environment, and a lot of spots are generated. There are disadvantages.
이러한 단점들을 해소하기 위하여, 특정파장을 발광하는 발광 다이오드의 소자부분에 형광체를 함유하는 수지 몰드 재료를 도포하는 방법을 사용하였는데, 이 방법은 형광체로 하여금 발광 다이오드에서 방출되는 빛을 흡수하고, 다른 파장의 빛을 발광시킴으로서, 백색광을 구현할 수 있는 방법이다. In order to solve these disadvantages, a method of applying a resin mold material containing a phosphor to a device portion of a light emitting diode emitting a specific wavelength is used, which causes the phosphor to absorb light emitted from the light emitting diode, By emitting light of the wavelength, it is a method that can implement white light.
즉, 청색광을 발광하는 발광 다이오드에 황색광을 발광하는 형광체를 함유한 수지를 도포하면, 결국, 발광 다이오드는 백색광을 발광할 수 있게 된다.That is, when a resin containing a phosphor emitting yellow light is applied to a light emitting diode emitting blue light, the light emitting diode can finally emit white light.
또한, 자외선 대역의 발광 다이오드를 사용하고, R, G, B 형광체(Phosphor)를 각각 브렌딩(Blending)하여 가시광선 전파장 영역에서 발광을 유도하여 백색발광이 가능한 시스템을 이용하고 있다. In addition, using a light emitting diode in the ultraviolet band, and blending the R, G, B phosphors (Phosphor), respectively, induction of light emission in the visible light wavelength field is used a system capable of white light emission.
그러나, 무기물계 황색 형광체(YAG:Ce)만을 이용할 경우, 방출광의 발광 스펙트럼이 청색파장 영역의 좁은 피크와 황색파장 영역의 넓은 피크에 기인한 파장분리현상에 의한 할로 효과(Halo effect)가 발생되어 완전한 백색구현이 어려운 단점이 있다. However, when only inorganic yellow phosphors (YAG: Ce) are used, a halo effect occurs due to wavelength separation due to a narrow peak in the blue wavelength region and a broad peak in the yellow wavelength region. Full white implementation has the disadvantage of being difficult.
이와 아울러, 현재까지 알려진 이러한 방법들에서는 대부분 무기계 형광체를 이용하는 방법을 적용하고 있다.In addition, most of these methods known to date apply a method using an inorganic phosphor.
도 2는 종래 기술에 따른 백색 발광 소자를 구현하기 위하여 무기계 형광체 입자가 분산된 레진이 발광 다이오드에 도포된 상태를 개략적으로 도시한 개념도로서, 발광 다이오드는 통상, 리드프레임의 반사판에 본딩되어 패키징된다.FIG. 2 is a conceptual view schematically illustrating a state in which a resin in which inorganic phosphor particles are dispersed is applied to a light emitting diode to implement a white light emitting device according to the prior art, and the light emitting diode is generally bonded and packaged to a reflecting plate of a lead frame. .
이 때, 청색광을 방출하는 발광 다이오드(110)가 리드프레임(111)의 컵 형상 반사판(112)에 본딩되어 있을 경우, 발광 다이오드(110)를 감싸도록 반사판(112)에 노란색 무기계 형광체 입자(113)가 분산된 레진(114)을 도포하여 백색광을 구현할 수 있다.At this time, when the
즉, 발광 다이오드(110)에서 방출되는 청색광은 노란색 무기계 형광체 입자(113)를 통하여 백색광이 되어 외부로 방출하게 된다. That is, the blue light emitted from the
여기서, 상기 무기계 형광체는 고분자 분산계를 이용하게 되므로, 입자의 분산에 따른 산란 및 분자자체의 흡수에 의한 발광 손실이 불가피해진다. 또한, 입자들간의 응집현상을 방지하기 위하여 표면처리가 필수적으로 요구되고, 시간이 경과됨에 따라 입자들의 뭉침 현상에 의한 효율저하가 유발되는 단점이 있다. Herein, since the inorganic phosphor uses a polymer dispersion system, light emission loss due to scattering and absorption of molecular molecules due to dispersion of particles is inevitable. In addition, the surface treatment is necessary to prevent the aggregation phenomenon between the particles, and as time passes, there is a disadvantage in that the efficiency is lowered due to the aggregation of the particles.
더불어, 도 2에 도시된 바와 같이, 분산이 균일하게 되지 못할 경우 균일한 발광을 기대할 수 없으며, 형광체의 함유정도가 높을수록 심각한 문제가 되어 색 얼룩이 발생하게 되고, 궁극적으로 소자에 효율을 저하시키는 요인으로 작용하는 문제점이 있다. In addition, as shown in FIG. 2, when the dispersion is not uniform, uniform light emission cannot be expected, and the higher the content of the phosphor, the more serious the problem becomes, which causes color unevenness, which ultimately lowers the efficiency of the device. There is a problem that acts as a factor.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 블루 발광 구조를 갖는 질화물 반도체계의 발광소자의 양단에 레드 발광 유기물층과 그린 발광 유기물층을 구비하여 백색광을 구현하는 발광소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 광효율이 기존의 방식보다 탁월하며 제조공정도 간단한 백색 발광 소 자 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 유리기판에 전도성 물질, 특히 산화아연등이 포함된 전도성 기판을 형성함으로써 사파이어 기판보다 많은 비용절감을 가져오고 GaN와 격자상수가 거의 비슷한 산화아연이 포함된 기판을 사용하여 기존의 기판에서 문제시된 격자부정합의 문제가 해결된 백색 발광 소자 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems described above, a light emitting device for implementing a white light by providing a red light emitting organic material layer and a green light emitting organic material layer on both ends of the nitride semiconductor light emitting device having a blue light emitting structure and a method of manufacturing the same. The present invention relates to a white light emitting device having a superior light efficiency and a simple manufacturing process, and a method of manufacturing the same. In addition, by forming a conductive substrate containing a conductive material, in particular, zinc oxide, on the glass substrate, it is more cost-saving than a sapphire substrate, and when using a substrate containing zinc oxide having a nearly similar lattice constant as GaN, the problem occurs in the existing substrate. An object of the present invention is to provide a white light emitting device and a method of manufacturing the same.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)로서,As a preferred aspect for achieving the above object of the present invention,
본 발명은, 전도성 기판 상면의 중앙부에 순차적으로 적층되고 측벽이 일체로 패시베이션(passivation)된 N-GaN층, 활성층 및 P-GaN층을 포함하여 이루어진 블루 발광구조; 상기 전도성 기판 상면의 일단에 형성되고 상기 측벽의 패시베이션(passivation)과 접하는 레드 발광 유기물층; 상기 전도성 기판 상면의 타단에 형성되고 상기 측벽의 패시베이션(passivation)과 접하는 그린 발광 유기물층; 상기 P-GaN층, 레드 발광 유기물층 및 그린 발광 유기물층의 상면에 형성된 전류확산전극;과 상기 전류확산전극 상부 및 전도성 기판 배면에 각각 형성된 상부 및 하부 전극을 포함하여 이루어진 백색 발광 소자를 제공한다.The present invention provides a light emitting structure including an N-GaN layer, an active layer, and a P-GaN layer, which are sequentially stacked on a central portion of an upper surface of a conductive substrate and whose sidewalls are passivated integrally; A red light emitting organic layer formed on one end of an upper surface of the conductive substrate and in contact with passivation of the sidewall; A green light emitting organic layer formed on the other end of the conductive substrate and in contact with passivation of the sidewall; It provides a white light emitting device comprising a current diffusion electrode formed on the upper surface of the P-GaN layer, the red light emitting organic material layer and the green light emitting organic material layer, and the upper and lower electrodes formed on the upper surface of the current spreading electrode and the conductive substrate, respectively.
또한, 상기 전류확산전극과 상부 전극 사이에 반사형 전극을 더 포함하며, 상기 레드 발광 유기물층 또는 상기 그린 발광 유기물층은 전자주입층, 유기발광층 및 정공주입층으로 이루어지거나, 전자주입층, 전자수송층, 유기발광층, 정공수송층 및 정공주입층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자를 제공한다.In addition, a reflective electrode is further included between the current spreading electrode and the upper electrode, wherein the red light emitting organic material layer or the green light emitting organic material layer is formed of an electron injection layer, an organic light emitting layer and a hole injection layer, an electron injection layer, an electron transport layer, It provides a white light emitting device comprising an organic light emitting layer, a hole transport layer and a hole injection layer.
또한, 상기 전류확산전극은 투명전극이며 특히, ITO인 것을 특징으로 하고, 상기 전도성 기판은 ZnO, Si, AlN, SiC, GaAs, Cu, W 또는 Mo를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자를 제공한다.In addition, the current spreading electrode is a transparent electrode, in particular, ITO, characterized in that the conductive substrate is ZnO, Si, AlN, SiC, GaAs, Cu, W or Mo characterized in that the white light emitting device comprising to provide.
또한, 전도성 기판 상부에 N-GaN층, 활성층 및 P-GaN층을 형성하는 단계; 상기 N-GaN층, 활성층 및 P-GaN층의 양단을 식각한 후 식각된 측벽을 패시베이션하는 단계; 식각된 일단에 레드 발광 유기물층을 형성하는 단계; 식각된 타단에 그린 발광 유기물층을 형성하는 단계; 상기 P-GaN층, 상기 레드 발광 유기물층 및 상기 그린 발광 유기물층의 상면에 전류확산전극을 형성하는 단계;와 상기 전류확산전극 상부 및 전도성 기판 배면에 각각 상부 및 하부 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 백색 발광 소자의 제조방법을 제공한다.In addition, forming an N-GaN layer, an active layer and a P-GaN layer on the conductive substrate; Etching both ends of the N-GaN layer, the active layer, and the P-GaN layer and then passivating the etched sidewalls; Forming a red light emitting organic layer on the etched end; Forming a green light emitting organic layer on the other end of the etching; Forming a current spreading electrode on an upper surface of the P-GaN layer, the red light emitting organic material layer, and the green light emitting organic material layer; and forming upper and lower electrodes on an upper surface of the current spreading electrode and a conductive substrate, respectively. Provided is a method of manufacturing a white light emitting device.
또한, 기판 상부에 전도성 물질을 형성하여 전도성 기판을 상기 기판상에 형성하는 단계; 상기 전도성 기판 상부에 N-GaN층, 활성층 및 P-GaN층을 형성하는 단계; 상기 N-GaN층, 활성층 및 P-GaN층의 양단을 식각한 후 식각된 측벽을 패시베이션하는 단계; 식각된 일단에 레드 발광 유기물층을 형성하는 단계; 식각된 타단에 그린 발광 유기물층을 형성하는 단계; 상기 P-GaN층, 상기 레드 발광 유기물층 및 상기 그린 발광 유기물층의 상면에 전류확산전극을 형성하는 단계; 상기 전도성 기판이 드러나도록 상기 기판을 식각하여 제거하는 단계;와 상기 전류확산전극 상부 및 상기 전도성 기판 배면에 각각 상부 및 하부 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 백색 발광 소자의 제조방법을 제공한다.In addition, by forming a conductive material on the substrate to form a conductive substrate on the substrate; Forming an N-GaN layer, an active layer, and a P-GaN layer on the conductive substrate; Etching both ends of the N-GaN layer, the active layer, and the P-GaN layer and then passivating the etched sidewalls; Forming a red light emitting organic layer on the etched end; Forming a green light emitting organic layer on the other end of the etching; Forming a current spreading electrode on an upper surface of the P-GaN layer, the red light emitting organic material layer, and the green light emitting organic material layer; And removing the substrate by etching the conductive substrate so that the conductive substrate is exposed, and forming upper and lower electrodes on the top of the current spreading electrode and the bottom of the conductive substrate, respectively.
또한, 상기 전류확산전극과 상부전극 사이에 반사용 메탈층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 전도성 기판은 ZnO, Si, AlN, SiC, GaAs, Cu, W 또는 Mo를 포함하여 이루어지거나 이들의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자의 제조방법을 제공한다.The method may further include forming a reflective metal layer between the current spreading electrode and the upper electrode. The conductive substrate may include ZnO, Si, AlN, SiC, GaAs, Cu, W, or Mo, It provides a method of manufacturing a white light emitting device, characterized in that consisting of.
또한, 상기 레드 발광 유기물층 또는 그린 발광 유기물층을 형성하는 단계는 진공증착, 화학기상증착법, 스핀 코팅법, 또는 스크린 프린팅 방식을 이용하는 것을 특징으로 하며, 상기 레드 발광 유기물층 또는 그린 발광 유기물층을 형성하는 단계는 전자주입층, 유기발광층 및 정공주입층으로 적층되어 형성되거나, 전자주입층, 전자수송층, 유기발광층, 정공수송층 및 정공주입층으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자의 제조방법 등을 제공한다.In addition, the step of forming the red light emitting organic material layer or green light emitting organic material layer is characterized by using a vacuum deposition, chemical vapor deposition method, spin coating method, or a screen printing method, the step of forming the red light emitting organic material layer or green light emitting organic material layer. Provided is a method of manufacturing a white light emitting device, characterized in that formed by laminating with an electron injection layer, an organic light emitting layer and a hole injection layer, or laminated with an electron injection layer, an electron transport layer, an organic light emitting layer, a hole transport layer and a hole injection layer. do.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 3f는 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드의 제조방법에 대한 수순 단면도로서 이를 참조하여 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드의 제조방법에 대 해 상세히 설명한다.3A to 3F are detailed cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a white light emitting diode according to the present invention with reference to the procedure.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(11)의 상부에 MOCVD의 공정 등 본 기술분야에서 잘 알려진 방법을 수행하여, 전도성 물질을 성장시켜 기판(11) 상부에 전도성 기판(12)을 형성한다. 그 후 상기 전도성 기판(12) 상부에 N-GaN층(13), 활성층(14) 및 P-GaN층(15)을 형성한다. 그 후 상기 P-GaN층(15)의 불순물을 활성화시키기 위해 600℃에서 약 20분 정도 열처리하여 블루 발광 구조를 형성한다(도 3a).First, as shown in FIG. 3A, a method well known in the art, such as a process of MOCVD, is performed on the
상기 N-GaN층(13)은 N-웨이브 가이드층이고, 상기 활성층(14)은 본 기술분야의 질화물계 반도체 발광소자에서 사용되는 것이면 모두 선택될 수 있으며 InxGa1-xN 또는 AlxGa1-xN등으로 이루어질 수 있으며 바람직하기로는 다중 양자 우물 구조가 바람직하다. 상기 P-GaN층(15)은 P-웨이브 가이드층이다. The N-
상기 기판(11)은 후술할 공정에 의해 제거되므로 에피층을 형성할 수 있는 기판이면 제한되지 않고 선택될 수 있다. 유리기판, 사파이어 기판 또는 질화물반도체기판이 선택될 수 있으며, 비용절감 및 기판 제거의 용이성 측면에서 유리기판을 사용하는 것이 가장 좋다. 상기 기판(11)은 때로는 생략되고 직접 전도성 기판(12)에 에피층을 형성할 수도 있다.Since the
상기 전도성 기판(12)은 열전도도 및 전기전도도가 우수하며 특히 에피층과 격자 상수가 비슷한 것이면 선택될 수 있다. ZnO, Si, AlN, SiC, GaAs, Cu, W 또는 Mo를 포함하여 이루어지거나 이들의 조합으로 이루어지는 것이 바람직하며 그 중에서도 ZnO가 GaN과 격자 상수가 비슷하여 가장 바람직하다. 반도체 재료의 경우에는 도판트(dopant)를 첨가할 수도 있다.The
다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 N-GaN층(13), 활성층(14) 및 P-GaN층(15)의 양단을 식각한 후 식각된 측벽을 패시베이션(passivation, 40)한다.Next, as shown in FIG. 3B, both ends of the N-
식각 방법은 습식 및 건식 식각법을 사용할 수 있으나 건식 식각법이 바람직하며 RIE를 사용하는 것이 좋다. 식각방법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있으므로 이의 방법에 의하고 자세한 설명은 생략한다.The etching method may be wet or dry etching, but dry etching is preferable, and RIE may be used. Since the etching method is well known in the art, a detailed description thereof will be omitted.
식각된 측벽을 패시베이션(passivation)하는 이유는 식각된 측벽에 발광 유기물층을 형성할 경우 에피층이 쇼트(short)되는 현상을 방지하기 위함이다. 따라서, 패시베이션 재료로는 절연물질을 사용한다. 바람직하기로는 내열성, 내산화성등이 우수한 산화규소, 질화규소등을 사용하는 것이 바람직하며 절연 수지등을 사용할 수도 있다. 패시베이션 방법은 기존의 방법을 제한되지 않고 사용할 수 있다. 즉, 증착법, 코팅법 또는 프린팅법등을 사용할 수 있다.The reason for passivating the etched sidewall is to prevent the epi layer from shorting when the light emitting organic layer is formed on the etched sidewall. Therefore, an insulating material is used as the passivation material. Preferably, it is preferable to use silicon oxide, silicon nitride, etc. which are excellent in heat resistance, oxidation resistance, etc., and an insulation resin etc. can also be used. The passivation method can use an existing method without limitation. That is, a vapor deposition method, a coating method or a printing method can be used.
다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 식각된 일단에 레드 발광 유기물층(20)을 형성하고 식각된 타단에 그린 발광 유기물층(30)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3C, the red light emitting
상기 발광 유기물층(20, 30)은 진공증착법, 화학기상증착법, 고분자의 경우 스핀코팅 혹은 프린팅 방식을 이용하여 상기 식각된 영역의 패시베이션된 측벽에 도포한다. 본 발명의 백색 발광소자는 R, G, B의 가법혼합에 의해 백색광을 구현하므로, 상기 발광 유기물층의 도포량을 조절하는 간단한 방법으로 백색을 구현할 수 있다.The light emitting
상기 레드 발광 유기물층(20) 또는 그린 발광 유기물층(30)은 유기발광층 단층으로 구성될 수 있다. 이경우에는 유기발광층이 전자수송, 정공수송의 역할을 같이 할 수 있는 재료가 바람직하다.The red light emitting
유기발광층의 재료로는 전계를 가할 때 레드 또는 그린으로 발광할 수 있는 재료이면 모두 선택되어 사용될 수 있으며 본 기술분야에서 충분히 알려져 있으므로 이중에서 선택될 수 있다(공개특허공보 제10-1998-64694, 제10-2004-98055호, 제10-2004-94078호, 제10-1998-37808호 등 참조).As the material of the organic light emitting layer, any material capable of emitting red or green when an electric field is applied may be selected and used, and since the organic light emitting layer is sufficiently known in the art, it may be selected among them (see Patent Publication No. 10-1998-64694, 10-2004-98055, 10-2004-94078, 10-1998-37808, etc.).
다음, 도 3d 내지 3f에 도시된 바와 같이, 상기 P-GaN층(15), 상기 레드 발광 유기물층(20) 및 상기 그린 발광 유기물층(30)의 상면에 전류확산전극(16)을 형 성하고, 상기 전도성 기판(12)이 드러나도록 상기 기판(11)을 식각하여 제거하고(상기 기판(11)을 사용하지 않는 경우에는 상기 기판(11)을 식각하여 제거하는 단계는 요구되지 않는다), 상기 전류확산전극(16) 상부 및 전도성 기판(12) 배면에 각각 상부 전극(18) 및 하부 전극(19)을 형성한다.Next, as illustrated in FIGS. 3D to 3F, a current spreading
상기의 구조에서 상기 전류확산전극(16)과 상부전극(18) 사이에 반사용 메탈층(17)을 형성하는 것이 보다 바람직하다.In the above structure, it is more preferable to form the
상기 기판(11)의 제거 단계는 전류확산전극(16)을 형성하기 전에 수행할 수도 있다.The removing of the
상기 전류확산전극(16)은 발광면적에 고르게 전계가 형성되도록 하기 위한 것이면 모두 선택될 수 있으며, 바람직하기로는 투명전극이 좋으며, 그 중 ITO가 가장 좋다.The current spreading
상기 기판(11)의 제거 방법은 습식 및 건식 식각법 중에서 선택될 수 있으며 기판의 종류에 따라 종래에 알려진 레이저 리프트 오프의 방법으로 제거될 수도 있다. 가장 바람직하기로는 RIE의 건식 식각법이 좋다.The method of removing the
상기 반사용 메탈층(17)은 발광효율을 극대화하기 위해 형성되며, 광의 반사를 위한 재질이면 제한이 없으나 Ag, Al, Pt, Au, Ni, Ti, ATO(Sb를 도핑한 SnO2) 와 ITO 중 어느 하나 이상 포함되어 형성되는 것이 바람직하다.The
이로써, 본 발명에 따른 백색 발광 소자가 완성된다.This completes the white light emitting device according to the present invention.
상기와 같이 제조된 본 발명의 백색 발광 소자는 종래의 형광체를 이용한 백색 발광 소자에 비하여 광손실이 현저히 줄어들기 때문에 발광 효율이 극대화 되며, 질화물 반도체 발광 구조의 양단을 식각하고 유기 발광 물질을 형성하는 것으로 백색이 구현되므로 제조 용이성 및 제조단가의 감소를 실현할 수 있으며, 하나의 셀(cell)로 백색을 구현하므로 초소형화, 초박막화를 실현하고, junction down type의 구조 및 산화아연 기판등의 사용으로 에피층의 특성이 향상되어 The white light emitting device of the present invention prepared as described above is maximized the luminous efficiency because the light loss is significantly reduced compared to the white light emitting device using a conventional phosphor, and etching both ends of the nitride semiconductor light emitting structure to form an organic light emitting material As white is realized, it is easy to manufacture and reduction of manufacturing cost. Since white is realized in one cell, it is possible to realize miniaturization and ultra thin film, and to use junction down type structure and zinc oxide substrate. The characteristics of the epi layer are improved
본 발명은 상기의 실시예에 의해 한정되지 않으며 본 발명의 통상의 지식을 가진 자가 도출할 수 있는 변형이라면 본 발명의 범위에 포함된다.The present invention is not limited to the above embodiments and is included in the scope of the present invention as long as it can be deduced by those skilled in the art.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 백색 발광 소자의 변형의 한 형태를 도시한 도이다. 4A to 4D are diagrams showing one form of modification of the white light emitting device of the present invention.
즉, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이 상기 레드 발광 유기물층(20) 또는 상기 그린 발광 유기물층(30)은 전자수송층(23, 33), 유기발광층(21, 31) 및 정공수송층(22, 32)으로 이루어지는 변형이 가능하다.That is, as illustrated in FIGS. 4A and 4B, the red light emitting
또한, 도 4c 및 4d에 도시된 바와 같이 상기 레드 발광 유기물층(20) 또는 상기 그린 발광 유기물층(30)은 전자주입층(25, 35), 전자수송층(23, 33), 유기발광층(21, 31), 정공수송층(22, 32) 및 정공주입층(24, 34)으로 이루어지는 변형도 가능하다.In addition, as shown in FIGS. 4C and 4D, the red light emitting
상기 전자주입층(25, 35), 전자수송층(23, 33), 정공수송층(22, 32) 및 정공주입층(24, 34)의 형성방법은 전술한 발광 유기물층의 형성방법과 동일한 방법으로 형성될 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.The electron injection layers 25 and 35, the electron transport layers 23 and 33, the hole transport layers 22 and 32, and the hole injection layers 24 and 34 are formed in the same manner as the above-described method of forming the light emitting organic layer. The detailed description will be omitted.
상기 전자 수송층(23, 33) 및 정공 수송층(22, 32)을 형성할 경우, 발광층(21, 31)에 주입된 전자가 정공 수송층과의 계면에 막혀 더 이상 이동하지 못하고 유기 발광층에 갇히게 되어 전자-정공간의 재결합 효율이 향상되어 광효율이 증가한다.When the
또한, 상기 정공주입층(24, 34) 및 전자주입층(25, 35)은 에너지장벽은 낮추어 보다 효과적인 정공, 전자 주입이 가능하게 하는 역할을 한다.In addition, the hole injection layers 24 and 34 and the electron injection layers 25 and 35 serve to lower the energy barrier to enable more effective hole and electron injection.
상기 전자주입층(25, 35), 전자수송층(23, 33), 정공수송층(22, 32) 및 정공주입층(24, 34)의 재료는 본 발명의 기술분야에서 널리 알려져 있으므로 그 중에서 제한되지 않고 사용될 수 있다(공개특허공보 제10-2004-94078호, 제10-1998-64694호, 제10-2004-98055호, 제10-2004-94078호, 제10-1998-37808호 등 참조).The materials of the electron injection layers 25 and 35, the electron transport layers 23 and 33, the hole transport layers 22 and 32, and the hole injection layers 24 and 34 are widely known in the art, and are not limited thereto. It can be used without reference (see Publication Nos. 10-2004-94078, 10-1998-64694, 10-2004-98055, 10-2004-94078, 10-1998-37808, etc.) .
상기의 변형은 발광 유기물층의 광효율이 증가하여 보다 바람직하다.The above modification is more preferable because the light efficiency of the light emitting organic layer increases.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 질화물 반도체계 블루 발광 소자의 양측면을 식각하여 레드 및 그린 발광 유기물층을 양측면에 형성하여 R, G, B의 가법혼합에 의해 백색 발광을 구현하는 방법을 통하여, 발광 효율을 극대화 할 수 있으며 백색 발광소자의 제조 용이성 및 제조단가의 감소를 실현하고, 하나의 셀로 백색을 구현하므로 초소형화, 초박막화를 실현하고, junction down type의 구조 및 산화아연기판등의 사용으로 에피층의 특성을 향상시키는 현저한 효과를 제공한다.As described above, the present invention forms a red and green light emitting organic layer on both sides by etching both sides of the nitride semiconductor-based blue light emitting device to implement white light emission by additive mixing of R, G, B, The efficiency can be maximized, and the ease of manufacturing and reduction of manufacturing cost of the white light emitting device is realized, and the white color is realized by one cell, so that the microminiaturization and ultra-thin film are realized, and the use of junction down type structure and zinc oxide substrate It provides a remarkable effect of improving the properties of the epi layer.
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