KR101259997B1 - 선택적 파장변환층을 갖는 발광 다이오드 및 그것을제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

선택적 파장변환층을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법이 개시된다. 이 발광 다이오드는 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는다. 한편, 선택적 파장변환층이 상기 발광 다이오드의 광 방출면 상에 위치한다. 선택적 파장변환층은 투광 영역과 파장변환 영역을 가지며, 파장변환 영역은 투광 영역에 비해 형광체를 더 많이 함유한다.
발광 다이오드, 파장변환층, 패드전극, 형광체

Description

선택적 파장변환층을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법{LIGHT EMITTING DIODE HAVING SELECTIVELY WAVELENTH-CONVERTING LAYER AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 파장변환층을 갖는 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 I-I를 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 광의 파장변환을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 파장변환층을 갖는 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
본 발명은 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선택적 파장변환층을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 백색 발광소자는 자외선 또는 청색광을 방출하는 질화갈륨(GaN) 계열 특히, 알루미늄-인디움-갈륨나이트라이드(AlxInyGazN) 계열의 발광 다이오드 및 발광 다이오드에서 방출된 광의 일부를 흡수하여 장파장의 광을 방출하는 형광체를 포함한다. 이러한 백색 발광소자는 광원으로서 단일파장의 광원을 사용하므로, 다양한 파장의 광원을 사용하는 백색 발광소자에 비해 구조가 매우 단순하고 가격이 싸다.
이러한 백색 발광소자의 예로, 청색 발광 다이오드를 채택한 백색 발광소자가 미국특허 제6,252,254호에 "형광체 조성물을 구비한 발광 소자"(Light emitting device with phosphor composition)라는 제목으로 소울즈 등(Soules et al.)에 의해 개시된 바 있다. 상기 미국특허에 따르면, 약 90 정도의 상당히 높은 연색평가수(color rendering index; CRI) 및 높은 광효율을 나타내는 백색 발광소자를 제공할 수 있다.
그러나, 종래의 백색 발광소자는 패키지 레벨에서 백색광을 구현한다. 즉, 단색광을 방출하는 발광 다이오드 칩을 형광체를 함유하는 에폭시 수지 등의 파장변환 물질층으로 덮어 백색광을 구현한다. 따라서, 종래의 백색 발광소자는 발광 다이오드의 제조공정과 별도로 패키징 공정 중에서 형광체를 함유하는 파장변환 물질층이 형성되므로, 발광 다이오드의 패키징 공정이 복잡하며, 이는 패키징 공정의 높은 공정불량률로 이어진다. 패키징 공정의 불량은 발광 다이오드 제조공정의 불량에 비해 상당히 큰 비용손실을 초래한다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위해, 칩 레벨에서 파장변환 물질층을 갖는 발 광 다이오드를 제조하는 방법이 연구되고 있다. 이러한 방법은, 웨이퍼 레벨에서 파장변환 물질층을 형성함으로써, 발광 다이오드 패키징 공정을 단순화할 수 있으며, 패키징 공정의 불량율을 감소시켜 비용손실을 절감할 수 있다. 그러나, 웨이퍼 레벨에서 파장변환 물질층을 형성할 경우, 패드전극들 상에 파장변환 물질층이 형성될 수 있다. 파장변환 물질층은 절연성이므로, 패드전극들 상에 형성된 파장변환 물질층은 외부전원과 패드전극들의 전기적인 연결을 방해한다.
또한, 종래의 백색 발광소자는 형광체를 함유하는 파장변환 물질층으로 발광 다이오드 칩을 덮기 때문에, 파장변환된 광과 변환되지 않은 광의 상대적인 비율은 파장변환 물질층의 두께나 형광체의 함유량에 의해 결정된다. 따라서, 요구되는 백색광을 구현하기 위해서는 형광체의 함유량 및 파장변환 물질층의 두께를 최적화하여야 하며, 이를 위해 관련된 공정들의 파라미터들을 정밀하게 제어할 것이 요구된다. 이러한 공정상의 요구는 공정 여유도를 감소시켜 공정불량률을 높이는 원인이 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 칩 레벨에서 파장변환층을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 변환되지 않은 광에 대한 파장변환된 광의 상대적인 비율을 제어할 수 있는 새로운 수단을 채택한 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 발광 다이오드를 외부전원 에 전기적으로 연결하기 위한 패드전극들 상에 파장변환층이 형성되는 것을 방지할 수 있는 발광 다이오드 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제들을 이루기 위하여, 본 발명의 일 태양은 선택적 파장변환층을 갖는 발광 다이오드를 제공한다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 발광 다이오드에 있어서, 상기 발광 다이오드는 투광 영역과 파장변환 영역을 갖는 선택적 파장변환층을 포함한다. 상기 선택적 파장변환층은 발광 다이오드의 광 방출면 상에 위치한다. 여기서, 상기 선택적 파장변환층의 파장변환 영역은 형광체를 함유하는 파장변환 물질층으로 형성되고, 상기 투광 영역에 비해 형광체를 더 많이 함유한다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 상기 선택적 파장변환층에 의해 활성층에서 방출된 광과 파장변환된 광의 혼합광, 예컨대 백색광을 구현할 수 있는 발광 다이오드를 칩 레벨에서 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 태양에 따른 발광 다이오드는 상기 투광영역 및 파장변환 영역의 면적을 조절함으로써 변환광의 상대적인 비율을 조절할 수 있다. 특히, 활성층에서 방출된 광의 대부분이 상기 파장변환 영역에 의해 파장변환되도록 상기 파장변환 영역에 충분한 형광체가 함유된 경우, 단순히 투광영역과 파장변환 영역의 면적을 조절함으로써 변환광의 상대적인 비율을 조절할 수 있다. 이에 따라, 파장변환층의 두께 및 형광체의 함유량을 조절하는 공정들에 있어서 공정 여유도가 증가된다.
상기 투광영역은 상기 광 방출면을 노출시키는 개구부이거나 형광체를 함유하지 않는 투광성 물질층을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 활성층에서 방출된 광은 형광체에 의해 변환됨이 없이 상기 투광영역을 통과할 수 있다.
한편, 상기 광 방출면은 상기 반도체층들의 상부면 또는 상기 반도체층들이 형성된 면의 반대편의 기판면이 된다. 상기 광 방출면이 상기 반도체층들의 상부면인 경우, 상기 광 방출면과 상기 선택적 파장변환층 사이에 투명전극이 개재될 수 있다. 특히, 상기 반도체층들의 상부면이 P형 반도체층인 경우, 투명전극은 전류분산을 위해 채택된다.
이에 더하여, 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 각각 제1 및 제2 패드전극들이 형성될 수 있다. 바람직하게, 상기 제1 및 제2 패드전극들은 상기 광방출면 위로 돌출된다.
상기 기술적 과제들을 이루기 위하여, 본 발명의 다른 태양은 선택적 파장변환층을 갖는 발광 다이오드 제조방법을 제공한다. 이 방법은 기판상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 형성하는 것을 포함한다. 한편, 상기 제2 도전형 반도체층 상부에 또는 상기 반도체층들의 반대편의 기판상에 투광 영역과 파장변환 영역을 갖는 선택적 파장변환층이 형성된다. 상기 파장변환 영역은 형광체를 함유하는 파장변환 물질층으로 형성되고, 상기 투광 영역에 비해 더 많은 양의 형광체를 함유한다.
한편, 상기 선택적 파장변환층은 다양한 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 예컨대, 파장변환 영역 및 투광영역을 한정하기 위해 투광 영역에 감광제 패턴을 형성하고, 형광체를 함유하는 파장변환 물질층을 도포하여 파장변환 영역을 채우고, 상기 감광제 패턴을 제거함으로써 선택적 파장변환층이 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 투광영역은 개구부로 이루어진다. 한편, 상기 감광제 패턴을 제거한 후, 투광성 물질을 도포하여 감광제 패턴이 제거된 개구부를 채울 수 있다. 이 경우, 상기 투광 영역은 투광성 물질층을 포함한다.
이와 달리, 상기 투광 영역에 한정된 투광성 물질층을 먼저 형성할 수 있다. 그 후, 상기 투광성 물질층이 형성된 기판 상에 형광체를 함유하는 파장변환 물질층을 도포하여 파장변환 영역을 채움으로써 상기 선택적 파장변환층을 형성할 수 있다. 상기 투광성 물질층은 수지 또는 산화막일 수 있다.
한편, 상기 선택적 파장변환층을 형성하기 전에, 상기 반도체층들을 패터닝하여 상기 제1 도전형 반도체층의 일 영역을 노출시키고, 상기 노출된 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 각각 제1 패드전극 및 제2 패드전극을 형성할 수 있다.
또한, 상기 패드전극들에 대응하는 마스크패턴들과 관통홀들을 갖는 마스크가 준비되고, 상기 마스크의 마스크패턴들이 상기 패드전극들을 덮도록 상기 마스크가 상기 패드 전극들에 부착될 수 있다. 상기 파장변환 물질층은 상기 마스크의 관통홀들을 통해 도포된다. 이에 따라, 패드전극들 상에 파장변환 물질층이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 제2 패드전극을 형성하기 전, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 투명전극이 형성될 수 있다. 상기 투명전극은 전류분산을 위해 채택된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 파장변환층을 갖는 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이고, 도 2는 도 1의 절취선 I-I를 따라 취해진 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(21) 상에 복수개의 반도체층들이 위치한다. 상기 기판(21)은 절연 또는 도전성 기판일 수 있다.
상기 반도체층들은 제1 도전형 반도체층(25), 제2 도전형 반도체층(29) 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층(27)을 포함한다. 여기서, 상기 제1 도전형 및 제2 도전형은 각각 n형 및 p형, 또는 p형 및 n형이다.
제1 도전형 반도체층(25), 활성층(27) 및 제2 도전형 반도체층(29)은 각각 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (B, Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(27)은 요구되는 파장의 광 예컨대 청색광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정되며, 제1 도전형 반도체층(25) 및 제2 도전형 반도체층(29)은 상기 활성층(27)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성된다. 한편, 상기 제1 도전형 반도체층(25) 과 상기 기판(21) 사이에 버퍼층(23)이 개재될 수 있다. 버퍼층(23)은 기판(21)과 제1 도전형 반도체층(25)의 격자부정합을 완화한다.
상기 제1 도전형 반도체층(25)의 일 영역이 노출되고, 그 위에 제1 패드전극(35)이 위치한다. 상기 제1 패드전극(35)은 제1 도전형 반도체층(25)에 오믹콘택된다. 한편, 제2 도전형 반도체층(29) 상에 제2 패드전극(33)이 위치한다. 또한, 상기 제2 도전형 반도체층(29) 상에 투명전극(31)이 위치할 수 있다. 상기 투명전극(31)은 제2 도전형 반도체층(29)에 오믹콘택되며, 활성층(27)에서 방출된 광을 투과시킨다. 한편, 제2 패드전극(33)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 투명전극(31)을 관통하여 제2 도전형 반도체층(29)에 접촉할 수도 있다. 이 경우, 상기 제2 패드전극(33)은 제2 도전형 반도체층(29)에 대해 접촉저항이 큰 것이 바람직하다.
한편, 선택적 파장변환층(37)이 광방출면, 즉 상기 제2 도전형 반도체층(29) 상부에 위치한다. 투명전극(31)이 형성된 경우, 상기 선택적 파장변환층(37)은 투명전극(31) 상에 위치한다. 또한, 도시한 바와 같이, 상기 제1 패드 전극(35)과 제2 패드 전극(33)의 상면은 상기 선택적 파장변환층(37)의 상면과 동일 높이에 위치할 수 있다.
상기 선택적 파장변환층(37)은 파장변환 영역(37a)과 투광 영역(37b)을 포함한다. 파장변환 영역(37a)은 형광체를 함유하는 파장변환 물질층으로 형성되며, 투광 영역(37b)은 개구부이거나 투광성 물질층으로 형성될 수 있다. 상기 파장변환 물질층은 형광체를 함유하는 SOG(spin-on glass), 에폭시 또는 실리콘 수지로 형성될 수 있으며, 투광성 물질층은 투광성 산화막 또는 투광성 수지로 형성된다. 상기 투광성 물질층은 형광체를 함유하지 않거나, 상기 파장변환 물질층에 비해 적은 양 의 형광체를 함유한다.
상기 파장변환 물질층(37a)에 함유되는 형광체는 한 종류의 형광체에 한정되는 것은 아니며, 다양한 종류의 형광체들이 함유될 수 있다. 상기 형광체들은 공지된 것들을 채택하여 사용할 수 있다. 이러한 형광체들의 예는 미국특허 제6,084,250호, 미국특허 제6,252,254호 또는 일본특허공개공보 2001-143869호 등에 개시되어 있다. 상기 형광체들은 상기 활성층(27)에서 방출되는 광의 파장을 고려하여 변환효율이 큰 형광체들로 선택될 수 있다. 예컨대, 상기 형광체들은 YAG:Ce계 형광체, 오소실리케이트계 형광체 또는 황화물 형광체들일 수 있다. 이들 형광체의 구성원소들의 일부를 치환함으로써 변환광의 파장을 다양하게 변경할 수 있다.
한편, 상기 파장변환 영역(37a)과 투광 영역(37b)은 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이들 영역들(37a, 37b)은 라인 패턴들로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 투광 영역(37b)이 매트릭스 형상으로 배치되고, 파장변환 영역(37a)이 투광 영역(37b)을 둘러싸거나 또는 그 역으로 파장변환 영역(37a)이 매트릭스 형상으로 배치되고 투광 영역(37b)이 파장변환 영역(37a)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 또한, 파장변환 영역(37a)이 윤대판과 같이 원형 패턴들로 형성되거나 나선형 패턴으로 형성될 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 선택적 파장변환층(37)이 제2 도전형 반도체층(29) 상부에 위치하는 것으로 설명하지만, 플립칩 발광 다이오드와 같이, 광방출면이 기판(21)의 하부면인 경우, 선택적 파장변환층(37)은 기판(21)의 하부면 상에 형성된다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 광의 파장변환을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 기판(21) 상에 제1 도전형 반도체층(25), 활성층(27) 및 제2 도전형 반도체층(29)이 위치한다. 상기 제1 도전형 반도체층(25)과 제2 도전형 반도체층(29)을 통해 전류가 유입되면, 활성층(27)에서 광이 발생되고, 광방출면(30)을 통해 방출된다.
광방출면(30)을 통해 방출된 광의 일부(L1)는 파장변환 영역(37a)으로 입사되고, 파장변환 영역(37a)에서 형광체에 의해 파장변환되어 외부로 방출된다. 한편, 광방출면(30)을 통해 방출된 광의 일부(L2)는 투광 영역(37b)으로 입사되고, 파장변환 없이 투광 영역(37b)을 통과하여 외부로 방출된다. 따라서, 선택적 파장변환층(37)을 통해 외부로 방출되는 광은 파장변환 영역(37a)에 의해 파장변환된 광(L1)과 투광 영역(37b)을 파장변환 없이 투과한 광(L2)의 혼합광이 된다. 이러한 혼합광을 이용하여 다양한 색의 광을 구현하는 것이 가능하다. 예컨대, 상기 활성층(27)에서 발생된 광이 청색광이고, 상기 파장변환 영역(37a)에 의해 변환된 광이 황색광이면, 청색광과 황색광의 혼합에 의해 백색광이 구현될 수 있다.
한편, 상기 파장변환 영역(37a)에서 파장변환되는 광의 양은 형광체의 함유량 및 파장변환 영역(37a)의 두께 등에 의해 결정될 수 있다. 그러나, 입사된 광의 대부분이 파장변환되도록 파장변환 영역(37a)에 함유된 형광체의 양 및 두께를 설정할 수 있다. 이 경우, 파장변환 영역(37a)으로 입사된 광은 대부분 파장변환된 광으로 외부로 방출되므로, 파장변환 영역과 투광영역의 상대적인 면적비만을 조절함으로써 원하는 색도의 혼합광을 구현하는 것이 가능하다. 따라서, 파장변환 물질층의 두께 및 형광체의 농도에 대한 공정여유도를 증가시킬 수 있다.
한편, 광방출면(30)과 선택적 파장변환층(37) 사이에, 도 2에 도시된 바와 같이, 투명전극(31)이 개재될 수 있다. 또한, 도 3에서 광방출면(30)이 제2 도전형 반도체층(29)의 상부면이고, 선택적 파장변환층(37)이 제2 도전형 반도체층(29) 상부에 위치하는 것으로 설명하지만, 플립칩 발광 다이오드와 같이 광방출면(30)이 기판(21) 면인 경우, 선택적 파장변환층(37)은 기판(21) 상에 위치할 것이다.
본 실시예에 있어서, 기판(21) 상에 하나의 발광 다이오드가 위치하는 것을 설명하였으나, 단일 기판(21) 상에 복수개의 발광 다이오드들이 포함될 수도 있다. 상기 복수개의 발광 다이오드들이 직렬 연결되어 직렬 어레이를 구성하고, 적어도 두개의 직렬 어레이들이 서로 역병렬로 연결됨으로써 교류전원에 의해 직접 구동될 수 있는 교류용 발광 다이오드가 제공될 수 있다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 파장변환층을 갖는 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 기판(21) 상에 제1 도전형 반도체층(25), 활성층(27) 및 제2 도전형 반도체층(29)이 형성된다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(25)을 형성하기 전, 상기 기판(21) 상에 버퍼층(23)이 형성될 수 있다.
상기 기판(21)은 사파이어(Al2O3), 탄화실리콘(SiC), 산화아연(ZnO), 실리 콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 리튬-알루미나(LiAl2O3), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN) 또는 질화갈륨(GaN) 기판일 수 있으며, 기판(21) 상에 형성될 반도체층의 물질에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예컨대, 질화갈륨계 반도체층을 형성할 경우, 상기 기판(21)으로는 사파이어 또는 탄화실리콘(SiC) 기판이 선택될 수 있다.
버퍼층(23)은 기판(21)과 그 위에 형성될 반도체층(25)의 격자부정합을 완화하기 위해 형성되며, 예컨대 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(25), 활성층(27) 및 제2 도전형 반도체층(29)은 각각 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (B, Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(27)은 요구되는 파장의 광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정되며, 제1 도전형 반도체층(25) 및 제2 도전형 반도체층(29)은 상기 활성층(27)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성된다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(25, 29) 및 활성층(27)은 금속유기화학 기상증착(MOCVD), 분자선 성장(molecular beam epitaxy) 또는 수소화물 기상 성장(hydride vapor phase epitaxy; HVPE) 기술을 사용하여 단속적으로 또는 연속적으로 성장될 수 있다.
여기서, 상기 제1 도전형 및 제2 도전형은 각각 n형 및 p형, 또는 p형 및 n형일 수 있다. 질화갈륨 계열의 화합물 반도체층에서, n형 반도체층은 불순물로 실리콘(Si)을 도핑하여 형성될 수 있으며, p형 반도체층은 불순물로 마그네슘(Mg)을 도핑하여 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제2 도전형 반도체층(29) 및 활성층(27)을 패터닝하여 제1 도전형 반도체층(25)의 일 영역을 노출시킨다. 상기 제2 도전형 반도체층(29)과 활성층(27)은 사진 및 식각 공정을 사용하여 패터닝될 수 있다. 한편, 단일 기판(21)을 이용하여 복수개의 발광 다이오드를 제조하는 경우, 상기 제1 도전형 반도체층(25)을 패터닝하여 발광 다이오드 칩 영역들을 서로 분리시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 제2 도전형 반도체층(29) 상에 투명전극(31)이 형성된다. 투명전극(31)은 리프트-오프(lift-off) 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 투명전극(31)은, 활성층(27)에서 방출된 광을 투과시킬 수 있는 전극 물질이면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 Ni/Au 또는 인디움-틴 산화막(ITO)으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 투명전극(31)의 일부 영역 상에 제2 패드전극(33)이 형성된다. 제2 패드전극(33) 또한 리프트-오프 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 한편, 상기 제2 패드전극(33)을 형성하기 전, 상기 투명전극(31)을 패터닝하여 상기 제2 도전형 반도체층(29)을 노출시키는 개구부를 형성할 수 있다. 그 후, 상기 개구부 및 그 주변에 제2 패드전극(33)이 형성된다. 그 결과, 도시한 바와 같이, 상기 개구부를 통해 제2 패드전극(33)이 제2 도전형 반도체층(29)에 접촉된다.
한편, 제1 도전형 반도체층(25)의 다른 영역 상에 제1 패드전극(35)이 형성된다. 상기 제1 패드전극(35) 또한 리프트 오프 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 제1 패드전극(35) 및/또는 제2 패드전극(33)은 Ti/Au로 형성될 수 있다. 상기 제1 패드전극(35)은 제2 도전형 반도체층(29)의 상부면에 대해 상기 제2 패드전극(33)과 대체로 동일한 높이를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 7을 참조하면, 파장변환 영역(37a) 및 투광영역(37b)을 한정하기 위해 투광 영역에 감광제 패턴이 형성된다. 감광제 패턴은 전면에 감광제를 도포한 후, 사진 및 현상공정을 사용하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 투광영역(37b)에 한정된 감광제 패턴이 형성되고, 또한 감광제 패턴들에 의해 파장변환 영역(37a)이 정의된다.
도 8을 참조하면, 마스크패턴들(51a) 및 관통홀들(51h)을 갖는 마스크(51)가 준비된다. 상기 마스크는 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대 스테인레스를 이용하여 준비될 수 있다.
상기 마스크패턴들(51a)은 기판(21) 상에 배치된 패드전극들(33, 35)에 대응하여 배치되며, 예컨대 라인패턴 또는 망(net) 패턴으로 배치될 수 있다. 상기 마스크 패턴들(51a)은 상기 패드전극들(33, 35)보다 더 넓은 폭으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 패드전극들에 비해 더 좁은 폭을 갖도록 형성될 수도 있다. 다만, 상기 마스크 패턴들(51a)은 패드전극들에 와이어를 본딩하기 위해 필요한 폭을 갖도록 형성된다. 한편, 상기 마스크(51)는 마스크패턴들(51a) 사이에 관통홀들(51h)을 갖는다.
마스크(51)를 상기 패드전극들(33, 35)에 부착하기 위해 상기 마스크패턴들(51a) 상에 금속패턴들(53)이 형성될 수 있다. 금속패턴들(53)은 선택 증착 또는 전면 증착 후 패터닝 공정을 통해 형성될 수 있다.
또한, 상기 금속패턴들(53)을 형성하기 전, 상기 마스크에 산화막(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 그 후, 상기 금속패턴들(53)이 상기 산화막 상에 형성될 수 있다. 상기 금속패턴들(53)이 각각 대응하는 패드전극들(33, 35)에 접합된다. 상기 금속패턴들(53)은 패드전극들(33, 35)에 용융접합될 수 있다.
본 실시예에 있어서는, 마스크패턴들(51a) 상에 금속패턴들(53)이 형성된 것에 대해 설명하지만, 금속패턴들(53)을 형성하는 공정은 생략될 수도 있다. 이 경우, 마스크 패턴들(51a)이 직접 상기 패드전극들(33, 35)에 부착된다. 또한, 감광제와 같이 유기용매에 용해되는 유기물을 접착제로 사용하여 상기 마스크(51)를 패드전극들(33, 35)에 부착할 수도 있다.
도 9를 참조하면, 상기 관통홀들(51h)을 통해 형광체를 함유하는 파장변한 물질이 주입되어 파장변환 물질층(38)이 도포된다. 상기 파장변환 물질층(38)은 형광체를 함유하는 SOG(spin-on-glass) 또는 에폭시나 실리콘(silocone) 수지일 수 있다.
상기 파장변환 물질층(38)은 파장변환 영역(37a)을 채우며, 마스크(51)에 의해 패드전극들(33, 35) 상부에 형성되는 것이 방지된다. 상기 파장변한 물질층(38)은 상기 감광제 패턴을 노출시키도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 파장변환 물질층(38)은 약 200℃ 이하의 온도에서 경화된다. 상기 파장변환 물질층(38)을 경화시키기 전, 기판(21)이 위쪽으로 가고, 마스크(51)가 아래쪽으로 가도록 상기 기판(21)과 상기 마스크(51)를 일체로 회전시킬 수 있다. 이에 따라, 파장변환 물질층(38) 내의 형광체들이 마스크(51) 쪽으로 침전하게 되어, 경화 후의 파장변환 물 질층(38) 내의 형광체들이 광방출면과 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 파장변환 물질층(38)이 경화된 후, 상기 마스크(51)는 패드전극들(33, 35)로부터 분리된다. 이때, 상기 금속패턴들(35)은 패드전극들(33, 35) 상에 남아있을 수 있다. 즉, 상기 금속패턴들(35)이 마스크패턴들(51a)로부터 분리됨으로써 마스크(51)가 패드전극들(33, 35)로부터 분리될 수 있다. 한편, 상기 금속패턴들(35)을 사용하는 대신, 감광제와 같은 접착제를 이용하여 상기 마스크(51)를 패드전극들(33, 35)에 부착한 경우, 감광제를 유기용매를 사용하여 용해시킴으로써 마스크(51)를 쉽게 분리할 수 있다.
한편, 투광 영역(37b) 내의 감광제 패턴들이 제거된다. 감광제 패턴들은 유기용매를 사용하여 제거될 수 있다. 이에 따라, 투광 영역(37b)은 광방출면을 노출시키는 개구부가 된다. 한편, 상기 개구부는 다시 투광성 물질로 채워질 수 있다. 즉, 마스크(51)를 부착한 상태에서 다시 형광체를 함유하지 않는 투광성 물질을 주입하여 개구부를 채우는 투광성 물질층을 형성할 수 있다. 이에 따라, 투광성 물질층으로 이루어진 투광 영역(37b)이 형성된다.
본 실시예에 있어서, 투광 영역(37b)에 한정된 감광제 패턴을 형성하고(도 7 참조), 감광제 패턴을 이용하여 파장변환 영역(37a)을 파장변환 물질층(38)으로 채우는 것으로 설명하였으나, 상기 감광제 패턴을 형성하는 대신, 투광 영역(37b)에 한정된 투광성 물질층을 형성할 수도 있다. 이러한 투광성 물질층은 예컨대 실리콘 산화막을 증착한 후 패터닝함으로써 형성되거나, 파장변환 영역(37a)에 한정된 감광제 패턴을 형성하고, 투광 영역(37b)을 에폭시 또는 실리콘 수지로 채운 후, 감 광제 패턴을 제거함으로써 형성될 수 있다. 그 후, 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한 바와 같은 공정을 거쳐 파장변환 물질층(38)을 도포하고 경화시킴으로써 파장변환 영역(37a)을 파장변환 물질층(38)으로 채워 선택적 파장변환층(37)을 형성할 수 있다. 이때, 감광제 패턴을 제거하는 공정은 생략되며, 투광영역(37b)은 투광성 물질층으로 형성된다. 또한, 상기 투광영역(37b) 상에 파장변환 물질층(38)이 잔존할 수도 있다. 다만, 상기 투광영역(37b) 상에 잔존하는 파장변환 물질층(38)은 대부분의 광이 파장변환 없이 통과하도록 파장변환 영역(37a)의 파장변환 물질층(38)에 비해 상대적으로 얇은 두께를 갖는다.
한편, 본 실시예에 있어서, 기판(21) 상에 하나의 발광 다이오드가 형성되는 것을 설명하였으나, 일반적으로 기판 상에 복수개의 발광 다이오드들이 형성되고, 상기 복수개의 발광 다이오드들을 각각 개별 칩 단위로 분리함으로써 발광 다이오드가 완성된다. 또한, 개별 칩 내에 복수개의 발광 다이오드들이 포함되도록 기판을 분리함으로써 교류용 발광 다이오드를 제공할 수도 있다.
본 실시예들에 따르면, 칩 레벨에서 파장변환층을 갖는 발광 다이오드를 제공할 수 있으며, 파장변환 영역과 투광영역을 갖는 선택적 파장변환층을 채택함으로써, 변환되지 않은 광에 대한 파장변환된 광의 상대적인 비율을 상기 영역들의 면적을 조절하여 제어할 수 있는 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 또한, 마스크를 사용하여 발광 다이오드를 외부전원에 전기적으로 연결하기 위한 패드전극들 상에 파장변환층이 형성되는 것을 방지할 수 있는 발광 다이오드 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims (13)

  1. 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 발광 다이오드에 있어서,
    상기 발광 다이오드의 광 방출면 상에 위치하고, 투광 영역과 파장변환 영역을 갖는 선택적 파장변환층; 및
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 제1 패드전극 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제2 패드전극를 포함하되,
    상기 광 방출면은 상기 반도체층들 상에 위치하고,
    상기 제1 및 제2 패드전극의 상면은 상기 선택적 파장변환층의 상면과 동일 높이에 위치하고,
    상기 파장변환 영역은 형광체를 함유하는 파장변환 물질층으로 형성되고, 상기 투광 영역에 비해 더 많은 양의 형광체를 함유하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 투광 영역은 상기 광 방출면을 노출시키는 개구부인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 투광 영역은 형광체를 함유하지 않는 투광성 물질층을 포함하는 발광 다이오드.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 방출면과 상기 선택적 파장변환층 사이에 개재된 투명전극을 더 포함하는 발광 다이오드.
  5. 삭제
  6. 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 형성하고,
    상기 반도체층들을 패터닝하여 상기 제1 도전형 반도체층의 일 영역을 노출시키고,
    상기 노출된 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 각각 제1 패드전극 및 제2 패드전극를 형성하고,
    상기 제2 도전형 반도체층 상부에 투광 영역과 파장변환 영역을 갖는 선택적 파장변환층을 형성하는 것을 포함하되,
    상기 파장변환 영역은 형광체를 함유하는 파장변환 물질층으로 형성되고, 상기 투광 영역에 비해 더 많은 양의 형광체를 함유하고,
    상기 선택적 파장변환층을 형성하는 것은,
    상기 패드전극들에 대응하는 마스크패턴들과 관통홀들을 갖는 마스크를 준비하고,
    상기 마스크의 마스크패턴들이 상기 패드전극들을 덮도록 상기 마스크를 상기 패드전극들에 부착하는 것을 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 선택적 파장변환층을 형성하는 것은
    상기 마스크를 상기 패드전극들에 부착하기 전에, 파장변환 영역 및 투광영역을 한정하기 위해 투광 영역에 감광제 패턴을 형성하고,
    형광체를 함유하는 파장변환 물질층을 상기 마스크의 관통홀들을 통해 도포하여 파장변환 영역을 채우고,
    상기 감광제 패턴을 제거하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 감광제 패턴을 제거한 후, 투광성 물질을 도포하여 감광제 패턴이 제거된 영역을 채우는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 선택적 파장변환층을 형성하는 것은
    상기 마스크를 상기 패드전극들에 부착하기 전에, 상기 투광 영역에 한정된 투광성 물질층을 형성하고,
    상기 투광성 물질층이 형성된 기판 상에 형광체를 함유하는 파장변환 물질층을 상기 마스크의 관통홀들을 통해 도포하여 파장변환 영역을 채우는 것을 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 투광성 물질층은 수지 또는 산화막인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 패드전극을 형성하기 전, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 투명전극을 형성하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
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