KR100748708B1 - 발광 다이오드 및 이의 제조 방법 - Google Patents

발광 다이오드 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR100748708B1 KR1020060068132A KR20060068132A KR100748708B1 KR 100748708 B1 KR100748708 B1 KR 100748708B1 KR 1020060068132 A KR1020060068132 A KR 1020060068132A KR 20060068132 A KR20060068132 A KR 20060068132A KR 100748708 B1 KR100748708 B1 KR 100748708B1
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김종환
윤여진
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서울옵토디바이스주식회사
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Abstract

본 발명은 기판, 상기 기판 상에 형성된 p-n 접합 구조 및 상기 p-n 접합 구조 상의 일부 영역에 형성되어, 상기 p-n 접합 구조를 보호하는 절연 물질 및 발광되는 빛을 파장변환하는 파장 변환 물질을 함유하는 보호 형광체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법을 제공한다. 상기 보호 형광체층의 절연 물질은 O2 또는 N2를 함유하는 무기 절연체 또는 Si를 함유하는 고분자 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어 BCB(BenzoCycloButene)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 p-n 접합의 보호와 동시에 파장변환 역할을 하여 용이하게 백색광을 구현할 수 있으며, 제조가 용이하고 작업 공수 및 공정 비용을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
발광 다이오드, LED, 백색 발광, p-n 접합, 패시베이션, 형광체, 파장변환

Description

발광 다이오드 및 이의 제조 방법 {Light-emitting diode and Method of manufacturing the same}
도 1은 종래 발광 다이오드를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 개념 단면도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 제 1 실시예의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 제 1 실시예의 다른 예를 도시한 단면도.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 제 2 실시예의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 100 : 기판 20, 200 : p형 반도체층
30, 300 : 활성층 40, 400 : n형 반도체층
50, 500 : 투명 전극층 60, 600 : p형 전극
70, 700 : n형 전극 80, 85, 800 : 보호 형광체층
900 : 배선
본 발명은 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상게하게는 절연 물질과 형광체의 혼합물로 보호 형광체층이 형성된 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭한다. 이는 소비 전력이 적고 수명이 길며 협소한 공간에 설치 가능하고, 또한 진동에 강한 특성을 제공하여 다양한 제품 분야에 응용되고 있으며, 단일 칩 또는 멀티 칩을 사용하여 원하는 색의 발광을 구현할 수 있다.
도 1은 종래 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(1)과, 기판(1) 상에 형성된 n형 반도체층(2)과, 상기 n형 반도체층(2)의 일부에 형성된 활성층(3)과, p형 반도체층(4)을 포함한다. 이는 상기 기판(1) 상에 n형 반도체층(2), 활성층(3), p형 반도체층(4)을 순차적으로 형성한 후, 소정 영역의 p형 반도체층(4)과 활성층(3)을 메사 에칭하여 n형 반도체층(2)의 일부를 노출시키고, 그 노출된 n형 반도체층(2) 상면과 p형 반도체층(4) 상면으로 각각 소정의 전압을 인가하기 위한 것이다. 상기 노출된 n형 반도체층(2) 상면에는 n형 전극(7)이 형성되고, p형 반도체층(4) 상면에는 전류 주입 효율을 향상시키기 위한 투명 전극층(5)과 p형 전극(6)이 형성된다.
종래 발광 다이오드는 상기 메사 에칭 후 노출된 p-n 접합의 전기적 절연과 상기 전극의 보호를 위하여, 접합 부위와 n형 반도체층(2), 투명 전극층(5) 및 p형 반도체층(4) 상에 통상적으로 패시베이션(passivation)이라고 불리는 보호층을 형성한다. 상기 보호층은 절연 물질인 SiO2 또는 Si3O4 등을 주로 사용하며, 외부 전압을 인가하기 위한 소정 영역을 제외한 영역에 형성된다.
한편, 최근에는 단일 색성분 예를 들어, 적색, 청색, 또는 녹색 발광 다이오드 외에 백색 발광 다이오드들이 출시되고 있으며, 이에 대한 수요가 급속히 증가하고 있다.
멀티 칩의 경우, 적색, 녹색, 청색을 발광하는 발광 다이오드 칩을 동시에 사용하여 백색 발광을 구현할 수 있다. 그러나 다수 개의 발광 다이오드 칩을 이용하여 색을 구현하는 경우에는 주변 온도에 따라 각각의 발광 다이오드 칩의 출력이 변하여 색 좌표가 달라질 수 있으며, 각 발광 다이오드 칩의 전류 및 전압 요구 조건과 같은 상이한 성능 특성을 고려해야 한다.
단일 칩의 경우에는 화합물 반도체의 발광 다이오드 칩과, 발광 다이오드 칩에서 방출되는 1차 광을 파장 변환시키는 형광 물질로 원하는 색의 발광을 구현할 수 있다. 즉, 형광체를 발광 다이오드 칩에 배치시켜, 발광 다이오드 칩의 1차 발광의 일부와 형광체에 의해 파장 변환된 2차 발광이 혼색되어 백색을 구현한다. 이런 구조의 백색 발광 다이오드는 가격이 싸고, 원리적 및 구조적으로 매우 간단하기 때문에 널리 이용되고 있다.
이러한 백색 발광 다이오드는 발광 다이오드 칩이 실장된 반사기(reflector) 또는 수용기 내부에 형광체를 혼합한 에폭시가 충진되어 형성된다. 또한, 발광 다이오드 칩 상에 형광체가 혼합된 에폭시를 디스펜서를 통해 포팅(potting)하는 공정을 통해 형성되기도 한다.
그러나 이는 별도의 제조 공정을 필요로 하며, 제품 제작에 소요되는 공정 시간과 그것에 동반하는 제작 비용이 증가하며, 제품 생산에 있어서 형광체의 양이 균일하지 못하기 때문에 수율의 문제가 발생하여 색이 불안정해지는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반도체 화합물의 p-n 접합 구조 상에 절연 물질인 고분자와 형광체의 혼합물로 이루어진 보호 형광체층을 형성함으로써, p-n 접합의 보호와 동시에 파장변환 역할을 하여 용이하게 백색광을 구현할 수 있으며, 제조가 용이하고 작업 공수 및 공정 비용을 단축시킬 수 있는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 기판, 상기 기판 상에 형성된 p-n 접합 구조 및 상기 p-n 접합 구조 상의 일부 영역에 형성되어, 상기 p-n 접합 구조를 보호하는 절연 물질 및 발광되는 빛을 파장변환하는 파장 변환 물질을 함유하는 보호 형광체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 제공한다.
상기 p-n 접합 구조는 상기 기판 상면에 형성된 n형 반도체층과, 상기 n형 반도체층의 일부 상면에 형성된 p형 반도체층과, 상기 노출된 n형 반도체층 및 p형 반도체층 상에 각각 형성된 n형 전극 및 p형 전극을 포함하고, 상기 보호 형광체층은 상기 n형 전극 및 p형 전극을 제외한 상기 노출된 n형 반도체층, p형 반도체층 또는 수직 접합면 상에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 보호 형광체층의 절연 물질은 O2 또는 N2를 함유하는 무기 절연체 또는 Si를 함유하는 고분자 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어 BCB(BenzoCycloButene)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 상에 p-n 접합 구조를 형성하는 단계, 절연 물질 및 형광체의 혼합물을 준비하는 단계 및 상기 p-n 접합 구조 상의 적어도 일부에 상기 혼합물을 이용하여 보호 형광체층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법을 제공한다.
상기 p-n 접합 구조를 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 순차적으로 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 형성하는 단계, 소정의 식각 공정을 통해 상기 p형 반도체층의 일부를 식각하여 상기 n형 반도체층을 노출시키는 단계 및 상기 노출된 n형 반도체층 및 상기 p형 반도체층 상에 각각 n형 전극 및 p형 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 보호 형광체층은 상기 n형 전극 및 p형 전극을 제외한 상기 노출된 n형 반도체층, p형 반도체층 또는 수직 접합면 상에 형성할 수 있다.
상기 보호 형광체층을 형성하는 단계는, 상기 p-n 접합 구조 상에 상기 보호 형광체층의 두께보다 높은 두께로 상기 보호 형광체층의 형성을 위한 소정의 마스 크 패턴을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 스핀 코팅(spin coating), 디핑(dipping) 또는 디스펜싱(dispensing) 방식을 통해 도포하여 열처리하는 단계 및 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 개념 단면도이다.
도 2를 참조하면, 발광 다이오드는 기판(10)과, 기판(10) 상에 순차적으로 적층된 n형 반도체층(20), 상기 n형 반도체층(20)의 일부에 형성된 활성층(30)과, p형 반도체층(40)을 포함한다. 상기 노출된 n형 반도체층(20) 상면에는 n형 전극(70)이 형성되고, p형 반도체층(40) 상면에는 전류 주입 효율을 향상시키기 위한 투명 전극층(50)과 p형 전극(60)이 형성된다. 또한, 상기 n형 전극(70) 및 p형 전극(60)을 제외한 상기 노출된 n형 반도체층(20), 투명 전극층(50) 및 p형 반도체층(40) 상에 보호 형광체층(80)이 형성된다.
상기 보호 형광체층(80)은 상기 노출된 p-n 접합의 보호와 동시에 발광층으로부터 방출되는 광의 파장을 변환하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 보호 형광체층(80)은 절연 물질 및 파장 변환 물질을 포함하여 이루어진다.
상기 보호 형광체층(80)의 절연 물질로는 O2 또는 N2를 함유하는 무기 절연체 또는 Si를 함유하는 고분자 물질을 사용할 수 있으며, 우수한 열 안정성을 갖고 다양한 기계적 구조에 적합하여 평탄한 표면 형성이 가능한 물질인 BCB(BenzoCycloButene)을 사용할 수 있다.
상기 보호 형광체층(80)의 파장 변환 물질, 즉 형광체는 원하는 색의 발광을 위한 다양한 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, GaN 반도체 화합물의 p-n 접합 구조를 이용하여 청색광을 방출하는 경우, 이를 여기원으로 하여 황색광을 방출하는 형광체를 사용함으로써, 이들의 혼색으로 백색광을 구현할 수 있다. 또한, 상기 보호 형광체층(80)의 형광체는 하나의 형광체 물질에 한정되지 않고, 다수개의 형광체 물질이 포함되어 형성될 수도 있다. 예를 들어, AlGaN 반도체 화합물의 p-n 접합 구조를 이용하여 UV 광을 방출하는 경우, 이를 여기원으로 하여 적색, 녹색 및 청색광을 방출하는 형광체를 사용함으로써, 이들의 혼색으로 백색광을 구현할 수 있다.
상기 형광체는 상기 절연 물질, 즉 고분자 물질에 균일하게 혼합되는 것이 바람직하며, 상기 보호 형광체층의 30 내지 70중량%의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
이러한 보호 형광체층(80)은 상기 노출된 n형 반도체층(20), 투명 전극층(50) 및 p형 반도체층(60) 상에 형성되어, 기존의 SiO2 또는 Si3O4 등을 사용한 절연층과 마찬가지로 상기 노출된 n형 반도체층(20) 및 p형 반도체층(60) 상에 형 성된 n형 전극(70) 및 p형 전극(60)을 전기적으로 절연시킨다. 이와 동시에, p-n 접합 구조와 보호 형광체층(80)의 형광체로 인해 파장 변환 방식을 응용하여 원하는 색의 광을 용이하게 얻을 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 제 1 실시예의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3a를 참조하면, 기판(10) 상에 n형 반도체층(20), 활성층(30) 및 p형 반도체층(40)을 순차적으로 형성한다.
기판(10)은 발광 소자를 제작하기 위한 통상의 웨이퍼를 지칭하는 것으로, Al2O3, SiC, ZnO, Si, GaAs, GaP, LiAl2O3, BN, AlN 및 GaN 중 적어도 어느 하나의 기판(10)을 사용한다. 본 실시예에서는 사파이어로 구성된 결정 성장 기판을 사용한다.
상기 기판(10) 상에 결정 성장시 기판(10)과 후속층들의 격자 부정합을 줄이기 위한 버퍼층(미도시)을 더 형성할 수 있다. 버퍼층은 반도체 재료인 GaN 또는 AlN을 포함하여 형성할 수 있다.
n형 반도체층(20)은 전자가 생성되는 층으로서, n형 불순물이 주입된 질화갈륨(GaN)을 사용하는 것이 바람직하고, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다. 본 실시예에서는 n형 AlxGa1 - xN(0≤x≤1)을 포함하는 n형 반도체층(20)을 형성한다.
또한, p형 반도체층(40)은 정공이 생성되는 층으로서, p형 불순물이 주입된 질화갈륨(GaN)을 사용하는 것이 바람직하고, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다. 본 실시예에서는 p형 AlxGa1 - xN(0≤x≤1)을 포함하는 p형 반도체층(40)을 형성한다. 뿐만 아니라 상기 반도체층으로 InGaN을 사용할 수 있다. 또한 상기의 n형 반도체층(20) 및 p형 반도체층(40)은 다층막으로 형성할 수도 있다.
활성층(30)은 소정의 밴드 갭을 가지며 양자 우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, InGaN을 포함하여 이루어질 수 있다. 활성층(30)을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 전공이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화된다. 따라서, 목표로 하는 파장에 따라 활성층(30)에 포함되는 반도체 재료를 조절하는 것이 바람직하다.
상술한 물질층들은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PCVD; Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등을 포함한 다양한 증착 및 성장 방법을 통해 형성된다.
다음으로, 도 3b에 도시한 바와 같이 소정의 식각 공정을 통해 p형 반도체층(40) 및 활성층(30)의 일부를 제거하여 n형 반도체층(20)의 일부를 노출한다. 이를 위해, p형 반도체층(40) 상에 소정의 식각 마스크 패턴을 형성한 다음, 건식/습식 식각 공정을 실시하여 p형 반도체층(40) 및 활성층(30)을 제거하여 n형 반도체 층(20)을 노출시킨다.
도 3c를 참조하면, 상기 p형 반도체층(40) 상에 투명 전극층(50)을 형성한다. 상기 p형 반도체층(40)은 불순물 도핑 농도가 낮아 접촉 저항이 높으므로, 오믹 특성을 개선하기 위해 비교적 높은 투과율을 갖는 금속으로 이루어진 투명 전극층(50)을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 투명 전극층(50)으로는 ITO(Indium Tin Oxide), 또는 Ni를 포함한 2층 이상의 합금층, 즉 Ni-La/Au, Zn-Ni/Au 또는 Zn-Ni/ITO의 2층 이상의 합금층을 사용할 수 있다. 이러한 투명 전극층(50)은 전류 주입 면적을 증가시키며 오믹 접촉을 형성하여 순방향 전압을 저하시킨다.
상기 노출된 n형 반도체층(20) 상에 전류의 공급을 원활히 하기 위해 Cr, Au를 포함하는 별도의 오믹 금속층을 더 형성할 수도 있다.
또한, 상기 노출된 n형 반도체층(20) 상면에 n형 전극(70)을 형성하고, 상기 투명 전극층(50) 상면에 p형 전극(60)을 형성한다.
상기 n형 및 p형 전극(70, 60)은 외부 전압을 인가하기 위한 것으로, 와이어 본딩 특성이 우수한 금속 물질이 바람직하며, 예를 들어 Ta/Au, Cr/Au, Ti/Al 또는 Hf/Au 등의 2층 이상의 합금층을 사용할 수 있다.
이후, 상기 n형 전극(70) 및 p형 전극(60)을 제외한 상기 노출된 n형 반도체층(20), 투명 전극층(50) 및 p형 반도체층(40) 상에 보호 형광체층(80)을 형성한다. 이를 위해, 보호 형광체층(80)을 형성하기 위한 마스크 패턴(90)을 형성한 후, 상기 마스크 패턴(90)에 의해 노출된 영역에 보호 형광체층(80)을 형성하고 상기 마스크 패턴(90)을 제거한다.
즉, 도 3d에 도시한 바와 같이, 보호 형광체층(80)이 형성될 영역이 노출된 마스크 패턴(90)을 형성한다. 이를 위해, 전체 구조 상에 감광막(photoresist)을 필름 코팅(film coating) 또는 스핀 코팅(spin coating)을 통해 도포한 후, 소정의 포토 마스크(photo mask)를 통한 노광 및 현상 공정을 통해 마스크 패턴(90)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(90)은 보호 형광체층(80)의 형성하고자 하는 두께보다 높은 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 마스크 패턴(90)으로 인해 노출된 영역에만 보호 형광체층(80)을 형성하고, 추후 마스크 패턴(90)을 용이하게 제거하기 위함이다.
그 다음에 상기 마스크 패턴(90)에 의해 노출된 영역에 고분자와 형광체의 혼합물을 이용하여 보호 형광체층(80)을 형성한다. 예를 들어, 스핀 코팅(spin coating), 디핑(dipping) 또는 디스펜싱(dispensing) 방식을 이용하여 상기 혼합물을 상기 마스크 패턴(90)의 두께보다 낮은 두께로 도포한 후, 열처리하여 경화시킨다. 상기 열처리는 60 내지 100℃의 온도에서 10 내지 20분동안 진행할 수 있다.
상기 보호 형광체층(80)의 고분자는 우수한 열 안정성을 갖고 다양한 기계적 구조에 적합하여 평탄한 표면 형성이 가능한 물질인 BCB(BenzoCycloButene)을 사용할 수 있다. 또한, 상기 보호 형광체층(80)의 형광체는 원하는 색의 발광을 위한 다양한 물질을 사용할 수 있다. 상기 형광체는 하나의 형광체 물질에 한정되지 않고 다수개의 형광체 물질을 사용할 수도 있으며, 상기 보호 형광체층(80)의 30 내지 70중량%의 범위로 포함하는 것이 바람직하다.
이후 잔류한 감광막(PR), 즉 마스크 패턴(90)을 제거함으로써, 도 3e에 도시 한 바와 같이 상기 n형 전극(70) 및 p형 전극(60)을 제외한 노출된 n형 반도체층(20), 투명 전극층(50) 및 p형 반도체층(40) 상에 보호 형광체층(80)이 형성된 발광 다이오드를 제조할 수 있다.
상술한 본 발명의 발광 다이오드의 제조 공정은 일 실시예일뿐 이에 한정되지 않고, 다양한 공정과 제조 방법이 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 변경되거나 추가될 수 있다.
본 발명은 반도체 화합물의 p-n 접합 구조 상에 절연 물질인 고분자와 형광체의 혼합물로 이루어진 보호 형광체층을 형성함으로써, p형 전극 및 n형 전극의 전기적 절연과 동시에 형광체의 파장 변환을 이용하여 원하는 색의 광을 용이하게 얻을 수 있다.
따라서 본 발명은 웨이퍼 레벨에서 백색 발광 다이오드를 제조할 수 있으며, 추후 별도의 공정을 필요로 하지 않아 공정을 단순화할 수 있고 공정 시간 및 비용을 단축시킬 수 있다. 즉, 수지가 옆으로 새는 것을 방지하기 위해 필요한 별도의 수용기, 반사기 또는 돌출턱을 형성하는 공정을 생략함으로써 작업 공수를 줄이며, 형광체를 따로 액상 상태의 에폭시 수지에 혼합하여 일일이 발광 다이오드 칩 위에 포팅하는 등의 번거로운 작업을 생략할 수 있다. 또한, 기존에 제조했던 제품보다 더욱 얇게 형성되어 소형화된 발광 다이오드를 얻을 수 있다.
이러한 파장 변환 방식을 응용하여 현재 다양하게 사용되는 백색 발광 다이오드를 제조할 수 있다. 예를 들어, 청색 발광하는 p-n 접합 구조 상에 황색 발광하는 형광체를 포함한 보호 형광체층을 형성한다. p-n 접합 구조는 청색의 1차 광 을 발생시키고, 이 1차 광은 상기 보호 형광체층에 충돌하여 그의 일부가 파장 변환되어 황색광으로 변환된다. p-n 접합 구조의 1차 발광의 일부인 청색광과 보보 형광체층에 의해 파장 변환된 황색광이 혼색되어 백색을 구현할 수 있다.
상기 보호 형광체층은 상기 언급한 바와 같이 하나의 형광체 물질에 한정되지 않고, 다수개의 형광체 물질을 포함하여 형성할 수도 있다.
또한, 본 발명의 발광 다이오드는 도 4에 도시한 다른 예와 같이 상기 보호 형광체층을 발광 다이오드의 상면, 즉 노출된 n형 반도체층, 투명 전극층 및 p형 반도체층의 상면 뿐 아니라, 수직접합면까지도 연장하여 형성할 수도 있다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 제 2 실시예의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도들이다.
이는 제 1 실시예의 경우와 거의 동일하며, 단지 제 2 실시예는 웨이퍼 레벨에서 다수의 발광 셀을 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결하여 소자의 크기를 줄이고, 적정 전압 및 전류에 구동되도록 하여 조명용으로 사용가능하며 교류 전원에서도 구동할 수 있는 발광 다이오드를 제공한다.
도 5a를 참조하면, 유기금속 화학 증착법, 화학 증착법, 플라즈마 화학 증착법, 분자선 성장법, 수소화물 기상 성장법 등의 다양한 증착 방법을 통해 기판(100) 상에 n형 반도체층(200), 활성층(300) 및 p형 반도체층(400)을 순차적으로 형성한다. 상기 기판(100) 상에 결정 성장시 기판(100)과 후속층들의 격자 부정합을 줄이기 위한 버퍼층(미도시)을 더 형성할 수 있다. 이는 도 3a의 경우와 동일하며, 이와 중복되는 설명은 생략한다.
다음으로, 도 5b에 도시한 바와 같이 p형 반도체층(400), 활성층(300) 및 n형 반도체층(200)의 일부를 제거하여 발광 셀 간을 분리한다. 이를 위해, p형 반도체층(400) 상에 소정의 식각 마스크 패턴(미도시)을 형성한 다음, 상기 식각 마스크 패턴에 의해 노출된 영역의 p형 반도체층(400), 활성층(300) 및 n형 반도체층(200)을 식각하여 다수의 발광 셀을 전기적으로 분리한다.
도 5c에 도시한 바와 같이 소정의 식각 공정을 통해 p형 반도체층(400) 및 활성층(300)의 일부를 제거하여 n형 반도체층(200)의 일부를 노출한다. p형 반도체층(400) 상에 소정의 식각 마스크 패턴을 형성한 다음, 건식/습식 식각 공정을 실시하여 p형 반도체층(400) 및 활성층(300)을 제거하여 n형 반도체층(200)을 노출시킨다.
도 5d를 참조하면, 상기 p형 반도체층(400) 상에 전류 주입 효율을 향상시키기 위한 투명 전극층(500) 및 p형 전극(600)을 형성하고, 상기 노출된 n형 반도체층(200) 상면에 n형 전극(700)을 형성한다.
이후, 도 5e에 도시한 바와 같이 다수의 발광 셀의 상기 n형 전극(700) 및 p형 전극(600)을 제외한 상기 노출된 n형 반도체층(200), 투명 전극층(500) 및 p형 반도체층(400) 상에 보호 형광체층(800)을 형성한다. 이를 위해, 보호 형광체층(800)을 형성하기 위한 마스크 패턴(미도시)을 형성한 후, 상기 마스크 패턴에 의해 노출된 영역에 보호 형광체층(800)을 형성하고 상기 마스크 패턴을 제거한다. 상기 보호 형광체층(800)을 발광 다이오드의 상면, 즉 노출된 n형 반도체층(200), 투명 전극층(500) 및 p형 반도체층(400) 상면 뿐 아니라, 수직접합면까지도 연장하 여 형성할 수도 있다.
그 다음에, 도 5f에 도시한 바와 같이 소정의 배선 형성 공정을 통해 인접한 발광 셀간의 n형 반도체층(200)과 p형 반도체층(400)을 연결한다. 즉, 일 발광 셀의 n형 전극(700)과 이와 인접한 다른 일 발광 셀의 p형 전극(600)을 배선으로 연결한다. 이 때, 브리지(Bridge) 공정 또는 스탭 커버(Step Cover) 등의 공정을 통해 상기 도전성 배선(900)을 형성할 수 있다.
상술한 브리지 공정은 에어브리지 공정이라고도 하며, 서로 연결할 칩 간에 포토 공정을 이용해 감광액을 도포하고 현상하여 감광막 패턴을 형성하고, 그 위에 금속 등의 물질을 진공 증착 등의 방법으로 먼저 박막으로 형성하고, 다시 그 위에 전기 도금(electroplating), 무전해 도금(electroplating) 또는 금속 증착 등의 방법으로 금을 포함하는 도전성 물질을 일정 두께로 도포한다. 이후, 솔벤트 등의 용액으로 감광막 패턴을 제거하면 도전성 물질의 하부는 다 제거되고 브리지 형태의 도전성 물질만이 공간에 형성된다.
또한, 스탭 커버 공정은 서로 연결할 칩 간에 포토 공정을 이용해 감광액을 도포하고, 현상하여 서로 연결될 부분만을 남기고 다른 부분은 감광막 패턴으로 뒤덮고, 그 위에 전기 도금, 무전해 도금 또는 금속 증착 등의 방법으로 금을 포함하는 도전성 물질을 일정 두께로 도포한다. 이어서, 솔벤트 등의 용액으로 감광막 패턴을 제거하면 도전성 물질이 덮힌 이외의 부분은 다 제거되고 이 덮힌 부분 만이 남아 연결할 칩 사이를 전기적으로 연결시키는 역할을 하게 되다.
상기의 배선(900)으로는 금속뿐만 아니라 전도성을 갖는 모든 물질들을 사용 할 수 있다.
이로써, 반도체 화합물의 p-n 접합 구조 상에 보호 형광체층이 형성된 발광 셀이 다수개 연결된 발광 다이오드를 제조할 수 있다.
상술한 본 발명의 발광 다이오드의 제조 공정은 일 실시예일뿐 이에 한정되지 않고, 다양한 공정과 제조 방법이 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 변경되거나 추가될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 반도체 화합물의 p-n 접합 구조 상에 절연 물질인 고분자와 형광체의 혼합물로 이루어진 보호 형광체층을 형성함으로써, p형 전극 및 n형 전극의 전기적 절연과 동시에 형광체의 파장 변환을 이용하여 원하는 색의 광을 용이하게 얻을 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명은 반도체 화합물의 p-n 접합 구조 상에 절연 물질인 고분자와 형광체의 혼합물로 이루어진 보호 형광체층을 형성함으로써, p-n 접합의 보호와 동시에 형광체의 파장 변환을 이용하여 원하는 색의 광을 용이하게 얻을 수 있다. 또한 파장 변환 방식을 응용하는 발광 다이오드에 있어서, 공정을 단순화하고 공정 비용 및 공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 제품을 소형화할 수 있는 장점이 있다. 특히, 본 발명은 웨이퍼 레벨에서 백색 발광 다이오드를 제조할 수 있는 이점이 있다.

Claims (7)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 p-n 접합 구조; 및
    상기 p-n 접합 구조 상의 일부 영역에 형성되어, 상기 p-n 접합 구조를 보호하는 절연 물질 및 발광되는 빛을 파장변환하는 파장 변환 물질을 함유하는 보호 형광체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 p-n 접합 구조는 상기 기판 상면에 형성된 n형 반도체층과, 상기 n형 반도체층의 일부 상면에 형성된 p형 반도체층과, 상기 노출된 n형 반도체층 및 p형 반도체층 상에 각각 형성된 n형 전극 및 p형 전극을 포함하고, 상기 보호 형광체층은 상기 n형 전극 및 p형 전극을 제외한 상기 노출된 n형 반도체층, p형 반도체층 또는 수직 접합면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 보호 형광체층의 절연 물질은 O2 또는 N2를 함유하는 무기 절연체 또는 Si를 함유하는 고분자 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 보호 형광체층의 절연 물질은 BCB(BenzoCycloButene)를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  5. 기판 상에 p-n 접합 구조를 형성하는 단계;
    절연 물질 및 형광체의 혼합물을 준비하는 단계; 및
    상기 p-n 접합 구조 상의 적어도 일부에 상기 혼합물을 이용하여 보호 형광체층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 p-n 접합 구조를 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 순차적으로 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 형성하는 단계;
    소정의 식각 공정을 통해 상기 p형 반도체층의 일부를 식각하여 상기 n형 반도체층을 노출시키는 단계; 및
    상기 노출된 n형 반도체층 및 상기 p형 반도체층 상에 각각 n형 전극 및 p형 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 보호 형광체층은 상기 n형 전극 및 p형 전극을 제외한 상기 노출된 n형 반도체층, p형 반도체층 또는 수직 접합면 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 보호 형광체층을 형성하는 단계는,
    상기 p-n 접합 구조 상에 상기 보호 형광체층의 두께보다 높은 두께로 상기 보호 형광체층의 형성을 위한 소정의 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 스핀 코팅(spin coating), 디핑(dipping) 또는 디스펜싱(dispensing) 방식을 통해 도포하여 열처리하는 단계; 및
    상기 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법.
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