KR100801922B1

KR100801922B1 - 발광소자의 제조방법

Info

Publication number: KR100801922B1
Application number: KR1020060096316A
Authority: KR
Inventors: 최병훈; 박인규; 김도형
Original assignee: 서울반도체 주식회사
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-02-12

Abstract

본 발명은 발광소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 형광체층이 형성된 발광소자의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 발광셀이 형성된 기판에 홀을 형성하고 형광체 용액에 기판을 디핑하여 형광체층을 형성하여, 발광셀 상부에 형광체를 균일하게 도포시킴으로써 색수차를 최소화할 수 있고, 또한 발광소자를 간편한 제조공정으로 용이하게 제조할 수 있다.

발광소자, 형광체층, 기판, 디핑, 용액, 관통홀

Description

발광소자의 제조방법{PRODUCTION METHOD FOR LIGHT EMITTING ELEMENT}

도 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드의 개략 사시도.

도 2는 도 1의 선 A-A에서 취한 단면도.

도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제작방법을 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 기판 102: 홈

104: 관통홀 210: 반도체층

212: 전극 300: 형광체층

310: 형광체 용액 400: 용기

본 발명은 발광소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 형광체층이 형성된 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 화합물 반도체의 P-N 접합구조 를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 정공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭한다. 이러한 발광 다이오드는 표시 소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 최근에는 일반 조명용도로 적용하기 위한 연구가 활발히 진행중이다. 상기와 같은 발광 다이오드를 이용한 발광 장치 즉, 발광소자는 기존의 전구 또는 형광등에 비하여 소모 전력이 작고 수명이 수 내지 수십배에 이르러, 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 월등하다.

이러한 발광소자 중 백색광을 발하는 발광소자를 제작하는 방법에는 크게 두 가지가 있다. 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 발하는 발광칩을 함께 사용하는 방법과, 청색(B)을 발하는 발광칩 상에 황색 형광체를 형성하는 방법이다. 이 중 후자가 여러모로 효율적이기 때문에 보편적으로 사용되고 있다.

상기와 같은 종래 기술에 따른 발광소자는 일반적으로 발광칩 상에 형광체를 도팅하는 도팅 공정을 통해 형광체를 형성한다. 하지만, 일반적인 도팅 공정으로 형성된 형광체는 형광체량을 일정하게 유지시키지 못하고 위치별로 두께의 차이가 존재하여 발광소자의 색수차가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 색수차를 최소화하며 제조공정이 간편한 발광소자의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 기판 상에 다수의 발광셀을 형성하는 단계; 상기 다수의 발광셀 사이의 기판을 관통하는 관통홀을 형성하는 단 계; 상기 기판을 형광체 용액에 디핑하여 다수의 발광셀 상에 액상 형광체층을 형성 단계; 상기 기판을 상기 형광체 용액에서 꺼내고 상기 액상 형광체층을 경화시켜 형광체층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 기판 상에 다수의 발광셀을 형성하는 단계는, 다수의 발광셀 각각에 전극을 형성하는 단계; 형광체 용액에 기판을 디핑하기 전 상기 각각의 전극 상에 감광막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판을 상기 형광체 용액에서 꺼내고 상기 액상 형광체층을 경화시켜 형광체층을 형성하는 단계 이후, 상기 각각의 전극 상에 형성된 감광막을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 기판 상에 다수의 발광셀을 형성하는 단계는, 각각의 전극 상에 감광막을 형성하는 단계 이후, 상기 다수의 발광셀 사이의 기판에 홈을 형성하기 위한 스크라이브 공정 단계를 더 포함할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드의 개략 사시도이고, 도 2는 도 1의 선 A-A에서 취한 단면도이다.

본 발명에 따른 발광 다이오드는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(100)과, 상기 기판(100) 상에 형성된 반도체층(210)과, 상기 반도체층(210) 상에 형성된 전극(212)과, 상기 반도체층(210) 상의 전극(212)이 형성되지 않은 영역 및 기판(100)의 노출면에 형성된 형광체층(300)을 포함한다.

상기 기판(100)은 발광소자를 제작하기 위한 통상의 웨이퍼를 지칭하는 것으로, 사파이어 또는 SiC 등을 사용한다. 본 실시예에서는 사파이어로 이루어진 결정성장의 기판(100)을 사용한다. 즉, 상술한 다층의 구조는 결정성장의 기판(100) 상에 에피택셜 성장을 통해 형성된다.

상기 반도체층(210)은 p-n 접합구조를 가지는 화합물 반도체 적층구조로서 소수 캐리어(전자 또는 정공)들의 재결합에 의하여 발광되는 현상을 이용한다. 상기 반도체층(210)은 제 1 및 제 2 반도체층(210a, 210b)과 상기 제 1 및 제 2 반도체층(210a, 210b) 사이에 형성된 활성층(210c)을 포함할 수 있다. 이때, 본 실시예에서는 상기 제 2 반도체층(210b) 상의 일부영역에 활성층(210c)이 형성되며, 상기 활성층(210c) 상에 제 1 반도체층(210a)이 형성된다.

상기 제 1 반도체층(210a)은 진성반도체에 P형 불순물 즉, 3족 원소를 도핑하여 정공이 많아진 P형 반도체층일 수 있으며 상기 제 2 반도체층(210b)은 진성반도체에 N형 불순물 즉, 5족 원소가 도핑되어 전자가 많아진 N형 반도체층일 수 있다. 이때, 상기 P형 반도체층은 P형 클래드층과 P형 화합물 반도체층으로 형성될 수 있으며, 상기 N형 반도체층은 N형 클래드층과 N형 화합물 반도체층으로 형성될 수 있다. 본 발명에서는 상기 제 1 반도체층(210a)을 P형 반도체층으로, 상기 제 2 반도체층(210b)을 N형 반도체층으로 하여 설명하기로 한다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제 1 반도체층(210a)을 N형 반도체층으로, 상기 제 2 반도체층(210b)을 P형 반도체층으로 할 수도 있다.

상기 활성층(210c)은 소정의 밴드갭과 양자 우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, 활성층(210c)을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 정공이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화된다. 따라서, 목표로 하는 파장에 따라 조성이 제어된 반도체 재료를 활성층(210c)으로 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 상기 반도체층(210)에는 외부전원을 인가하기 위한 전극(212)이 형성될 수 있다.

상기 전극(212)은 제 1 및 제 2 전극(212a, 212b)를 포함하며, 상기 제 1 및 2 반도체층(210a, 210b) 상에 각각 형성될 수 있다. 상기 전극(212)은 제 1 및 2 반도체층(210a, 210b)과 오믹접촉을 이루는 오믹성 금속으로서, 게르마늄(Ge), 니켈(Ni) 및 금(Au) 또는 이들의 합금을 도포하여 형성할 수 있다.

또한, 상기 제 1 및 제 2 전극(212a, 212b) 상의 일정 위치에 크롬(Cr) 및 금(Au) 또는 이들의 합금을 도포하여 본딩패드용 전극물질 즉, 와이어 본딩 패드가 형성될 수 있다. 상기 와이어 본딩 패드는 제 1 및 제 2 와이어 본딩 패드를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 와이어 본딩 패드는 외부전원을 인가하기 위한 배선(미도시)을 형성할 때 접점이 되는 부분으로서, 상기 배선이 제 1 및 제 2 전극(212a, 212b) 상에 견고하게 본딩될 수 있도록 한다.

상기 배선은 상기 제 1 및 제 2 와이어 본딩 패드와 도시되지 않은 리드패턴 과 같은 외부전원 입력부재를 연결하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 제 1 및 제 2 배선을 포함한다. 상기 외부전원 입력부재를 통해 입력된 외부전원은 상기 제 1 및 제 2 와이어 본딩패드에 전달되어 제 1 및 제 2 전극(212a, 212b)을 통해 제 1 및 제 2 반도체층(210a, 210b)과 활성층(210c)에 인가된다. 이러한 배선으로는 금(Au) 또는 알루미늄(Al)과 같이 전기전도성 및 연성이 좋은 금속을 사용할 수 있다.

상기 형광체층(300)은 상기 반도체층(210)에서 방출되는 광을 여기하여 다른 파장의 광으로 변환시키기 위한 것으로서, 구현하고자 하는 색에 따라 상기 반도체층(210)과 조합될 수 있는 여러 가지 형광체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드가 백색광을 발광하기 위해서는 청색을 발광하는 반도체층과, 황색 형광체가 혼합된 형광체층을 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 상기 형광체층(300)은 형광체가 액상수지와 혼합되어 경화된 고형물의 형태이며, 상기 형광체층(300)에 분포된 형광체는 균일한 밀도 및 분포로 형성된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 발광 다이오드는 상기 반도체층(210)에서 방출되는 광이 상기 형광체층(300)에 의해 여기될 때 종래보다 균일한 색을 구현할 수 있다. 또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 형광체층(300)은 상기 전극(212)을 외부전원 입력부재와 배선으로 연결할 때 영향을 받지 않도록 상기 전극(212)이 형성된 이외의 영역에 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명은 형광체가 균일한 밀도로 분포된 형광체층(300)에 의해 상기 반도체층(210)에서 방출된 광이 여기되어 균일한 색을 가질 수 있다.

다음은 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제작방법에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제작방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.

도 3을 참조하면, 우선 준비된 기판(100) 상에 제 1 및 제 2 반도체층(210a, 210b)과 활성층(210c)을 포함하는 반도체층(210)을 형성한다. 이때, 상기 반도체층(210)은 유기금속 화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 화학 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD), 플라즈마 화학 증착법(Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition, PCVD), 분자선 성장법(Molecular Beam Epitaxy, MBE), 수소화물 기상 성장법(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE) 등을 포함한 다양한 방법으로 증착 및 성장시킬 수 있다.

이후, 상기 제 1 반도체층(210a) 상에 감광막을 도포한 다음 사진 식각공정을 통해 제 1 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 상기 제 1 감광막 패턴은 반도체층(210)간의 사이 영역을 개방하는 형상으로 형성한다. 즉, 상기 제 1 감광막 패턴을 식각마스크로 하는 식각공정으로 제 1 반도체층(210a), 활성층(210c) 및 제 2 반도체층(210b)을 식각하고 기판(100)의 일부를 노출시켜 기판(100)상에 다수의 반도체층(210) 즉, 발광셀을 형성한다. 이후 상기 제 1 감광막 패턴을 소정의 스트립 공정을 통해 제거한다.

상기 공정을 실시한 다음, 각 반도체층(210)의 제 2 반도체층(210b)이 노출 되도록 제 1 반도체층(210a) 및 활성층(210c)을 식각한다. 이를 위해 전체 구조상에 패터닝된 제 1 반도체층(210a)의 일부를 개방하는 제 2 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 상기 제 2 감광막 패턴을 식각마스크로 하는 식각공정을 실시하여 제 1 반도체층(210a) 및 활성층(210c)을 식각한다. 이후 상기 제 2 감광막 패턴을 제거한다. 상기 패터닝 공정시 사용되는 식각 공정은 습식, 건식 식각공정을 실시할 수 있으며, 본 실시예에서는 플라즈마를 이용한 건식 식각을 실시하는 것이 효과적이다.

상기 마스크를 제거한 다음, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제 1 및 제 2 반도체층(210a, 210b) 상에 제 1 및 제 2 전극(212a, 212b)을 각각 형성하고, 각 반도체층(210)을 분리하기 전 기판(100)에 홈(102)을 형성하는 스크라이브(Scribe) 공정을 수행한다.

상기 제 1 전극(212a) 즉, P형 전극(212a)은 제 1 반도체층(210a) 상에 투명 전도성 박막을 형성하여 제조 한다. 즉, 제 1 반도체층(210a)을 노출시키는 제 3 감광막 패턴(미도시)을 형성한 다음, P형 전극(212a)을 그 상부에 형성하고, 스트립 공정을 통해 제 3 감광막 패턴을 제거하면 제 1 반도체층(210a) 상에 P형 전극(212a)이 형성된다. 다음으로, 티탄(Ti), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al) 및 구리(Cu)와 같은 금속성의 도전성막으로 제 2 반도체층(210b) 상에 제 2 전극(212b) 즉, N형 전극(212b)을 형성한다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 전극(212a, 212b) 상에 와이어 본딩 공정을 위한 와이어 본딩 패드가 형성될 수도 있다.

상기와 같이 제 1 및 제 2 전극(212a, 212b)을 형성한 후 각 반도체층(210) 을 단일 소자로 분리하기 위해 각 반도체층(210) 사이에 기판에 홈(102)을 형성한다. 상기 분리된 반도체층(210)이 매트릭스 형태로 배열되어 있으므로, 각 반도체층(210) 사이에 형성된 상기 홈(102)은 평면도를 기준으로 격자 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이 도 4에 도시된 홈(102) 영역에 관통홀(104)을 형성하는 드릴링(Drilling) 공정을 수행한다. 이때, 상기 관통홀(104)은 이후 형성될 형광체층(300)의 균일한 두께를 위해 등간격으로 다수개가 형성되는 것이 바람직하다.

이후, 상기 기판(100) 상에 형성된 반도체층(210)의 표면에 형광체층(300)을 형성한다.

상기 형광체층(300)을 형성하는 공정은 우선, 형광체층(300)이 전극(212) 상에 형성되지 않도록 전극(212) 상에 감광막을 도포하고, 형광체 분말과 액상 수지가 혼합된 형광체 용액(310)이 주입된 용기(400)에 상기 반도체층(210)이 형성된 기판(100)을 도 6에 도시된 바와 같이 디핑(Dipping)한다. 상기와 같이 기판(100)을 형광체 용액(310)이 주입된 용기(400)에 디핑하고, 소정시간 후 다시 기판(100)을 형광체 용액(310)에서 꺼낸다. 이때, 상기 반도체층(210)이 형성된 방향이 상부를 향하도록 기판(100)을 꺼내는 것이 바람직하다. 상기와 같이 기판(100)을 꺼낼 때 기판(100)의 홈(102) 영역에 형성된 관통홀(104)에 의해 기판(100) 상부에 존재하는 형광체 용액(310)이 기판(100)의 하부로 배출되며, 이에 따라 반도체층(210)의 표면에 균일한 두께를 갖는 형광체층(300)이 형성될 수 있다. 이후, 반도체 층(210) 표면에 형광체 용액(310)이 도포된 기판(100)을 소정온도에서 소정시간 경화시켜 형광체층(300)을 형성한다. 이때, 상기 반도체층(210) 상에 형성된 전극(212)에는 감광막이 형성되어 형광체층(300)이 형성되지 않는다.

상기와 같이 형광체층(300)을 형성한 후 전극(212) 상에 형성된 감광막을 소정의 스트립공정을 통해 제거하고 스크라이브 공정에 의해 형성된 홈(102)을 따라 기판(100)을 분리한다. 이후, 도시되지 않은 리드패턴과 같은 외부전원 입력부재와 전극(212)을 연결하여 본 발명에 따른 발광소자를 완성한다. 이때, 상기 외부전원 입력부재와 전극(212)의 연결은 와이어 본딩 공정을 통해 배선과 같은 연결부재에 의해 연결될 수 있다.

본 발명은 반도체층(210)이 형성된 기판(100)에 홀을 형성하고 형광체 용액에 디핑하여 형광체층(300)을 형성함으로써, 색수차를 최소화하고, 발광소자의 제조공정을 간편화할 수 있다.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 발광셀이 형성된 기판에 홀을 형성하고 형광체 용액에 기판을 디핑하여 형광체층을 형성하여, 발광셀 상부에 형광체를 균일하게 도포시킴으로써 색수차를 최소화할 수 있고, 또한 발광소자를 간편한 제조공정으로 용이하게 제조할 수 있다.

Claims

기판 상에 다수의 발광셀을 형성하는 단계;

상기 다수의 발광셀 사이의 기판을 관통하는 관통홀을 형성하는 단계;

상기 기판을 형광체 용액에 디핑하여 다수의 발광셀 상에 액상 형광체층을 형성 단계;

상기 기판을 상기 형광체 용액에서 꺼내고 상기 액상 형광체층을 경화시켜 형광체층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 기판 상에 다수의 발광셀을 형성하는 단계는,

다수의 발광셀 각각에 전극을 형성하는 단계;

형광체 용액에 기판을 디핑하기 전 상기 각각의 전극 상에 감광막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법.
청구항 2에 있어서,

상기 기판을 상기 형광체 용액에서 꺼내고 상기 액상 형광체층을 경화시켜 형광체층을 형성하는 단계 이후,

상기 각각의 전극 상에 형성된 감광막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법.
청구항 2에 있어서, 기판 상에 다수의 발광셀을 형성하는 단계는,

상기 형광체 용액에 기판을 디핑하기 전 상기 각각의 전극 상에 감광막을 형성하는 단계; 이후,

상기 다수의 발광셀 사이의 기판에 홈을 형성하기 위한 스크라이브 공정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법.