KR100760131B1 - 백색 발광 소자 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 백색 발광 소자 제조 방법에 관한 것으로, 절연성 기판 상부에 제 1 극성을 갖는 반도체층, 활성층과 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와; 상기 제 2 극성을 갖는 반도체층을 형광 기판에 접합하는 단계와; 상기 절연성 기판을 제 1 극성을 갖는 반도체층으로부터 이탈시키는 단계와; 상기 절연성 기판이 이탈된 제 1 극성을 갖는 반도체층 면에 제 1 전극을 형성하고, 상기 형광 기판에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
따라서, 본 발명은 활성층을 포함한 발광 구조물에 형광 기판을 접합하여, 발광 구조물에서 방출되는 광이 형광기판에서 파장전환되고, 파장전환된 광과 발광 구조물에서 방출되는 광이 합쳐져서 백색광을 방출할 수 있는 효과가 발생한다.
형광기판, 퓨전본딩, 백색, 노란색, 청색
Description
도 1은 종래 기술에 따라 청색 발광 다이오드에 노란색 밴드(Yellow band)를 갖는 야그(YAG) 포스퍼(Phosphor)가 도포된 상태를 도시한 개략적인 단면도
도 2a 내지 2c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백색 발광 소자의 제조 공정 단면도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백색 발광 소자에서 백색광이 방출되는 현상을 설명하기 위한 개념도
도 4a 내지 4c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 백색 발광 소자의 제조 공정 단면도
도 5a 내지 5d는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 백색 발광 소자의 제조 공정 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 절연성 기판 110 : 제 1 극성을 갖는 반도체층
120 : 활성층 130 : 제 2 극성을 갖는 반도체층
150 : 전도성 기판 160 : 절연성 투명 기판
200 : 형광 기판 210,220 : 전극
본 발명은 백색 발광 소자 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활성층을 포함한 발광 구조물에 형광 기판을 접합하여, 발광 구조물에서 방출되는 광이 형광기판에서 파장전환되고, 파장전환된 광과 발광 구조물에서 방출되는 광이 합쳐져서 백색광을 방출할 수 있는 백색 발광 소자 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 발광 다이오드 분야에서는 와이드 밴드갭(Wide bandgap) GaN계 화화물 반도체를 이용하여 청색(Blue) 발광 소자를 개발하고 휘도를 높이는데 상당한 노력을 하였고, 부단한 성능 향상을 통하여 청색뿐만 아니라 녹색(Green) 소자를 구현하는 데도 성공하였다.
이렇게 개발된 발광 다이오드는 산업 전반에 걸쳐 다양한 방식으로 사용되므로 커다란 시장을 형성하였다.
청색 및 녹색은 빛의 3원색(적색, 녹색, 청색) 중 2개로 오랜 시간 동안 개발에 많은 노력을 기울여 왔던 파장이며, GaN계 물질이 개발되기 전 기존의 화합물 반도체를 이용하여서는 상용화하기에 부족한 점이 많았다.
이 청색과 녹색의 발광 다이오드를 기존에 개발되어 있던 적색 발광 다이오 드와 함께 적절하게 사용하면 근본적으로 가시 영역의 모든 색과 백색광을 만드는 것이 가능해 진다.
이렇게, R/G/B 발광 다이오드를 사용하여 백색광을 구현하는 방법 이외에 고휘도 청색 발광 다이오드에 야그(YAG) 포스퍼(Phosphor)를 입히고, 청색과 포스퍼에서 나온 노란색 광을 합성하여 백색 발광 다이오드를 구현하는 방법도 사용된다.
발광 다이오드를 사용한 백색광원이 중요한 의미를 갖는 것은 크기가 작으면서도 저전력 소모가 가능하며 환경 오염이 없는 친환경적인 조명을 구현할 수 있기 때문이다.
현재, 액정 디스플레이의 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU)용 광원, 프로젝션 TV와 프로젝터의 광원으로 사용하기 위하여 전 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있다.
또한, 상당한 시일을 요하겠지만 형광등을 대체하는 일반 조명으로의 활용 가능성이 논의되고 있어 현재 휴대전화에 사용되는 키 패드(Key pad)용 광원, 측면 발광용 광원 및 다양한 분야에서 형성되어 있는 발광 다이오드 시장 이상의 큰 시장을 형성하리라 예상되어 백색 발광 다이오드는 고부 가치 소자로 부각되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따라 청색 발광 다이오드에 노란색 밴드(Yellow band)를 갖는 야그(YAG) 포스퍼(Phosphor)가 도포된 상태를 도시한 개략적인 단면도로서, 리드(10)의 반사판에 청색 발광 다이오드(20)가 접합되어 있고, 이 청색 발광 다이오드(20)를 감싸며 노란색 밴드를 갖는 야그 포스퍼(30)가 도포되어 있다.
여기서, 상기 청색 발광 다이오드(20)에서 방출된 광의 일부는 상기 야그 포 스퍼에서 노란색 광으로 전환되고, 상기 청색 발광 다이오드(20)의 청색광과 상기 야그 포스퍼에서 전환된 노란색 광이 합쳐져서 백색광이 방출된다.
즉, 상기 청색 발광 다이오드(20)의 활성층에서 생성된 450 ~470nm 대의 청색 광 중 일부는 포스퍼와 반응하지 않고 공기 중으로 출사되고, 나머지 청색 광은 포스퍼에 흡수되어 에너지를 잃고, 노란색 밴드에 맞는 노란색의 광을 발하게 된다.
이렇게 포스퍼와 반응하지 않은 청색 광과 포스퍼와 반응하여 생성된 노란색 광은 서로 섞여 백색 광으로 보여 지게 된다.
이에 본 발명은 활성층을 포함한 발광 구조물에 형광 기판을 접합하여, 발광 구조물에서 방출되는 광이 형광기판에서 파장전환되고, 파장전환된 광과 발광 구조물에서 방출되는 광이 합쳐져서 백색광을 방출할 수 있는 백색 발광 소자 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 활성층을 포함한 발광 구조물을 형광 기판과 독립적으로 성장시켜 결정질이 우수하게 하고, 이 발광 구조물과 형광 기판을 간단한 접합공정으로 일체화시켜 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 백색 발광 소자 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는,
절연성 기판 상부에 제 1 극성을 갖는 반도체층, 활성층과 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;
상기 제 2 극성을 갖는 반도체층을 형광 기판에 접합하는 단계와;
상기 절연성 기판을 제 1 극성을 갖는 반도체층으로부터 이탈시키는 단계와;
상기 절연성 기판이 이탈된 제 1 극성을 갖는 반도체층 면에 제 1 전극을 형성하고, 상기 형광 기판에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 백색 발광 소자 제조 방법이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는,
도전성 기판 상부에 제 1 극성을 갖는 반도체층, 활성층과 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;
상기 제 2 극성을 갖는 반도체층 상부에 형광 기판을 접합하는 단계와;
상기 도전성 기판 하부에 제 1 전극을 형성하고, 상기 형광 기판에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 백색 발광 소자 제조 방법이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 또 다른 양태(樣態)는,
절연성 투명 기판 상부에 제 1 극성을 갖는 반도체층, 활성층과 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;
상기 제 2 극성을 갖는 반도체층에서 상기 제 1 극성을 갖는 반도체층의 일 부까지 메사(Mesa) 식각하는 단계와;
상기 제 1 극성을 갖는 반도체층 하부에 형광 기판을 접합하는 단계와;
상기 메사 식각된 제 1 극성을 갖는 반도체층 상부에 제 1 전극을 형성하고, 상기 제 2 극성을 갖는 반도체층 상부에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 백색 발광 소자 제조 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백색 발광 소자의 제조 공정 단면도로서, 먼저, 절연성 기판(100) 상부에 제 1 극성을 갖는 반도체층(110), 활성층(120)과 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 반도체층(130)을 순차적으로 적층한다.(도 2a)
여기서, 절연성 기판(100)은 사파이어 기판이 바람직하고, 상기 반도체층(110,130)은 GaN계 반도체층이다.
그리고, 상기 활성층(120)은 AlInGaN계 450 ~ 470㎚의 청색 파장을 방출하는 활성층이다.
또한, 상기 제 1 극성을 갖는 반도체층(110)은 N타입 반도체층이고, 상기 제 2 극성을 갖는 반도체층(130)은 P타입 반도체층이다.
그 다음, 상기 제 2 극성을 갖는 반도체층(130)을 형광 기판(200)에 접합한 다.(도 2b)
이 때, 상기 활성층(120)은 청색광을 방출하는 활성층으로 형성하고, 상기 형광 기판(200)은 노란색 밴드(Yellow band)를 갖는 형광(Fluorescence) 기판이 바람직하다.
특히, 상기 형광 기판은 ZnSe 기판 또는 ZnTe 기판인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제 2 극성을 갖는 반도체층(130)과 형광 기판(200)의 접합은 퓨전 본딩(Fusion bonding)이 바람직하다.
연이어, 상기 절연성 기판(100)을 제 1 극성을 갖는 반도체층(110)으로부터 이탈시킨다.(도 2c)
이 때, 상기 절연성 기판(100)을 제 1 극성을 갖는 반도체층(110)으로부터 이탈시키는 것은 레이저 광을 조사하여 절연성 기판(100)을 이탈시키는 레이저 리프트 오프(Laser lift-off) 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 상기 절연성 기판(100)이 이탈된 제 1 극성을 갖는 반도체층(110) 면에 제 1 전극(210)을 형성하고, 상기 형광 기판(200)에 제 2 전극(220)을 형성한다.(도 2d)
따라서, 본 발명의 제 1 실시예는 활성층을 포함한 발광 소자 구조물의 성장이 원활한 절연성 기판에서 발광 소자 구조물을 성장시키고, 이 절연성 기판을 제거하고, 그 제거된 영역 및 형광기판에 각각 전극을 형성하여 수직형 백색 발광 소자를 제조하는 것이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백색 발광 소자에서 백색광이 방출되 는 현상을 설명하기 위한 개념도로서, 도 2a 내지 도 2d 공정을 수행하여 제조된 백색 발광 소자는, 활성층(120)이 청색광을 방출하는 활성층이고, 형광 기판(200)이 노란색 밴드(Yellow band)를 갖는 형광(Fluorescence) 기판이면, 상기 활성층(120)에서 방출되는 청색광 중 상기 형광 기판(200)으로 진행하는 광은 상기 형광 기판(200)에서 흡수되어 에너지를 잃고 노란색 광으로 파장 전환되어 방출된다.
이 형광기판(200)에서 방출된 노란색 광(도 3의 'B'광)은 상기 활성층(120)에서 방출되는 청색광과 합쳐져서 백색광이 된다.
그러므로, 본 발명의 백색 발광 소자는 백색광을 방출하게 된다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 백색 발광 소자의 제조 공정 단면도로서, 도전성 기판(150) 상부에 제 1 극성을 갖는 반도체층(110), 활성층(120)과 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 반도체층(130)을 순차적으로 적층한다.(도 4a)
여기서, 상기 도전성 기판(150)은 GaN계 반도체층이다.
그 후, 상기 제 2 극성을 갖는 반도체층(130) 상부에 형광 기판(200)을 접합한다.(도 4b)
마지막으로, 상기 도전성 기판(150) 하부에 제 1 전극(210)을 형성하고, 상기 형광 기판(200)에 제 2 전극(220)을 형성한다.(도 4c)
이와 같이, 본 발명의 제 2 실시예는 도전성 기판 상부에 활성층을 포함한 발광 소자 구조물을 성장시키고, 이 도전성 기판을 제거하지 않고, 도전성 기판과 형광기판에 각각 전극을 형성하여 수직형 백색 발광 소자를 제조하는 것이다.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 백색 발광 소자의 제조 공정 단면도로서, 절연성 투명 기판(160) 상부에 제 1 극성을 갖는 반도체층(110), 활성층(120)과 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 반도체층(130)을 순차적으로 적층한다.(도 5a)
여기서, 절연성 투명 기판(160)은 사파이어 기판이 바람직하다.
이어서, 상기 제 2 극성을 갖는 반도체층(130)에서 상기 제 1 극성을 갖는 반도체층(110)의 일부까지 메사(Mesa) 식각한다.(도 5b)
계속하여, 상기 절연성 투명 기판(160) 하부에 형광 기판(200)을 접합한다.(도 5c)
마지막으로, 상기 메사 식각된 제 1 극성을 갖는 반도체층(110) 상부에 제 1 전극(210)을 형성하고, 상기 제 2 극성을 갖는 반도체층(130) 상부에 제 2 전극(220)을 형성한다.(도 5d)
본 발명의 제 3 실시예에서는 절연성 투명 기판 상부에 활성층을 포함한 발광 소자 구조물을 성장시키고, 메사 식각하고, 메사 식각된 반도체층과 최상위 반도체층 상부 각각에 전극을 형성하여 수평형 백색 발광 소자를 제조하는 것이다.
여기서, 절연성 투명 기판을 통하여 광은 형광 기판에 흡수되고, 형광 기판에서 방출된 파장 전환된 광은 절연성 투명 기판을 통하여 소자 상부로 출사된다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 제 1 내지 3 실시예는 활성층을 포함한 발광 구조물을 형광 기판과 독립적으로 성장시켜 결정질이 우수하게 하고, 이 발광 구조물과 형광 기판을 간단한 접합공정으로 일체화시켜 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 활성층을 포함한 발광 구조물에 형광 기판을 접합하여, 발광 구조물에서 방출되는 광이 형광기판에서 파장전환되고, 파장전환된 광과 발광 구조물에서 방출되는 광이 합쳐져서 백색광을 방출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 활성층을 포함한 발광 구조물을 형광 기판과 독립적으로 성장시켜 결정질이 우수하게 하고, 이 발광 구조물과 형광 기판을 간단한 접합공정으로 일체화시켜 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (9)
- 절연성 기판 상부에 제 1 극성을 갖는 반도체층, 활성층과 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;상기 제 2 극성을 갖는 반도체층을 형광 기판에 퓨전 본딩(Fusion bonding)으로 접합하는 단계와;상기 절연성 기판을 제 1 극성을 갖는 반도체층으로부터 이탈시키는 단계와;상기 절연성 기판이 이탈된 제 1 극성을 갖는 반도체층 면에 제 1 전극을 형성하고, 상기 형광 기판에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 백색 발광 소자 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연성 기판은,사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연성 기판을 제 1 극성을 갖는 반도체층으로부터 이탈시키는 단계는,레이저 광을 조사하는 기판을 이탈시키는 레이저 리프트 오프(Laser lift-off) 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자 제조 방법.
- 도전성 기판 상부에 제 1 극성을 갖는 반도체층, 활성층과 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;상기 제 2 극성을 갖는 반도체층 상부에 형광 기판을 퓨전 본딩(Fusion bonding)으로 접합하는 단계와;상기 도전성 기판 하부에 제 1 전극을 형성하고, 상기 형광 기판에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 백색 발광 소자 제조 방법.
- 절연성 투명 기판 상부에 제 1 극성을 갖는 반도체층, 활성층과 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;상기 제 2 극성을 갖는 반도체층에서 상기 제 1 극성을 갖는 반도체층의 일부까지 메사(Mesa) 식각하는 단계와;상기 절연성 투명 기판 하부에 형광 기판을 퓨전 본딩(Fusion bonding)으로 접합하는 단계와;상기 메사 식각된 제 1 극성을 갖는 반도체층 상부에 제 1 전극을 형성하고, 상기 제 2 극성을 갖는 반도체층 상부에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 백색 발광 소자 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 활성층은,청색광을 방출하는 활성층이고,상기 형광 기판은,노란색 밴드(Yellow band)를 갖는 형광(Fluorescence) 기판인 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 형광 기판은,ZnSe 기판 또는 ZnTe 기판인 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자 제조 방법.
- 삭제
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 극성을 갖는 반도체층은,N타입 반도체층이고,상기 제 2 극성을 갖는 반도체층은,P타입 반도체층인 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자 제조 방법.
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| KR20010089504A (ko) * | 1999-09-27 | 2001-10-06 | 추후기재 | 얇은 형광 변환막을 포함하는 발광 다이오드 |
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