KR101856226B1 - 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

발광 소자는, 발광 구조물 상에 렌즈와, 렌즈의 상면에 불규칙하게 배열된 다수의 구조체들을 포함하는 스트럭쳐를 포함한다.

Description

발광 소자 및 그 제조 방법{Light emitting device and method thereof}
실시예는 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발광 소자는 저 소비 전력, 장수명 및 환경 친화적인 장점을 가진다.
발광 소자는 조명이나 디스플레이를 위한 라이트 유닛에 널리 활용될 수 있다.
하지만, 발광 소자는 외부 양자 효율이 지극히 낮은 문제가 있다.
실시예는 외부 발광 효율을 향상시키는 발광 소자를 제공한다.
실시예는 불규칙 스트럭쳐(irregular structure)에 의해 출사광의 간섭을 최소화하기 위한 발광 소자를 제공한다.
실시예는 제조가 용이한 발광 소자 제조 방법을 제공한다.
실시예에 따르면, 발광 소자는, 발광 구조물; 상기 발광 구조물 상에 렌즈; 및 상기 렌즈의 상면에 불규칙하게 배열된 다수의 구조체들을 포함하는 스트럭쳐를 포함한다.
실시예에 따르면, 발광 소자의 제조 방법은, 베이스 기판 상에 자기조립에 의해 서로 상이한 직경을 갖는 콜로이드 입자들을 포함하는 제1 스트럭쳐를 형성하는 단계; 상기 베이스 기판 상에 상기 제1 스트럭쳐에 대응하는 제2 스트럭쳐를 포함하는 몰딩 부재를 형성하는 단계; 상기 베이스 기판을 분리하는 단계; 및 상기 발광 구조물 상에 상기 제2 스트럭쳐에 대응하는 제3 스트럭쳐를 포함하는 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
실시예는 발광 소자 상에 불규칙 스트럭쳐를 갖는 렌즈를 형성하여, 출사도는 광의 간섭을 최소화하여 외부 양자 효율을 극대활 수 있다.
실시예는 몰딩 부재의 스트럭쳐를 그대로 전사하여 발광 소자의 상면에 불규칙 스트럭쳐를 포함하는 렌즈를 형성함으로써, 제조 공정이 단순화고 비용이 절감될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 10은 실시예에 따른 발광 소자의 제조 공정을 설명하는 도면이다.
도 11은 실시예에 따른 발광 소자의 광의 진행 모습을 도시한 도면이다.
도 12는 실시예에 따른 발광 소자의 휘도 변화를 도시한 그래프이다.
도 13a 및 도 13b는 실시예에 따른 발광 소자의 스펙트럼 변화를 도시한 그래프이다.
발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자는 기판(21), 버퍼층(23), 발광 구조물(30) 및 렌즈(40)를 포함할 수 있다.
상기 발광 구조물(30)은 제1 도전형 반도체층(25), 활성층(27) 및 제2 도전형 반도체층(29)을 포함할 수 있다.
상기 기판(21)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.
상기 버퍼층(23)은 상기 기판(21) 상에 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(23)은 상기 기판(21)과 상기 발광 구조물(30) 사이에의 격자 상수 차이(lattice constant difference)를 완화하여 주는 역할을 할 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 버퍼층(23)과 상기 발광 구조물(30) 사이에 비도전형 반도체층이 더 형성될 수도 있다. 상기 비도전형 반도체층은 도전형 도펀트를 포함하지 않아, 상기 제1 도전형 반도체층(25)에 비해 현저히 낮은 전기 전도성을 가질 수 있다.
상기 버퍼층(23)과 상기 비도전형 반도체층은 3족 내지 5족 원소의 화합물 반도체 물질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 버퍼층(23) 또는 상기 비도전형 반도체층 상에 상기 제1 도전형 반도체층(25)이 형성될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(25)은 예를 들어, n형 도전형 도펀트를 포함하는 n형 도전형 반도체층일 수 있다. 상기 n형 도전형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 3족 내지 5족 원소의 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 도전형 반도체층(25)으로 사용될 수 있는 화합물 반도체 물질로는 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 및 AlInN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나이지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 n형 도펀트로는 Si, Ge, Sn 등이 사용될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(25) 상에는 상기 활성층(27)이 형성될 수 있다.
상기 활성층(27)은 상기 제1 도전형 반도체층(25)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2 도전형 반도체층(29)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 결합되어, 상기 활성층(27)을 형성는 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 상응하는 파장을 갖는 빛을 방출할 수 있다.
상기 활성층(27)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 활성층(27)은 3족 내지 5족 원소의 화합물 반도체 물질을 우물층과 장벽층의 주기로 반복 형성될 수 있다. 상기 활성층(27)으로 사용될 수 있는 화합물 반도체 물질로는 GaN, InGaN, AlGaN 및 InAlGaN으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나이지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예를 들면 InGaN 우물층/GaN 장벽층의 주기, InGaN 우물층/AlGaN 장벽층의 주기, InGaN우물층/InGaN 장벽층의 주기 등으로 형성될 수 있다. 상기 장벽층의 밴드 갭은 상기 우물층의 밴드 갭보다 더 크게 형성될 수 있다.
상기 활성층(27) 상에 상기 제2 도전형 반도체층(29)이 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(29)은 예를 들어, p형 도펀트를 포함하는 p형 반도체층일 수 있다. 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 3족 내지 5족 원소의 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 도전형 반도체층(25)으로 사용될 수 있는 화합물 반도체 물질로는 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 및 AlInN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나이지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 p형 도펀트로는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등이 사용될 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 제2 도전형 반도체층(29)과 상기 렌즈(40) 사이에 투명 도전층이나 오믹 콘택층이 더 형성될 수 있다.
상기 투명 전극층은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 오믹 콘택층은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광 구조물(30), 구체적으로 상기 제2 도전형 반도체층(29) 상에 렌즈(40)가 형성될 수 있다. 상기 렌즈(40)는 광을 제어하여 최대로 추출되도록 하는 한편, 출사되는 광이 간섭되지 않고 랜덤한 각도를 가지고 출사되도록 하는 역할을 할 수 있다.
상기 렌즈(40)는 열 경화성 물질이나 자외선 경화 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 렌즈(40)는 실리카졸을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 렌즈(40)의 상면에는 불규칙 스트럭쳐(43)가 형성되어 있다. 상기 불규칙 스트럭쳐(43)는 적어도 2종류 이상의 서로 상이한 직경을 갖는 구조체들(43a, 43b, 43c)을 포함할 수 있다.
상기 구조체(43a, 43b, 43c) 또한 상기 렌즈(40)로부터 형성될 수 있다. 다시 말해, 상기 구조체(43a, 43b, 43c)는 상기 렌즈(40)로부터 형성될 수 있다.
상기 구조체들(43a, 43b, 43c)은 상기 렌즈(40)의 상면으로부터 돌출된 돌기 형상 또는 볼록 형상을 가질 수 있다. 상기 구조체(43a, 43b, 43c)의 면은 라운드 면일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 구조체들(43a, 43b, 43c)은 상기 렌즈(40)의 면적의 적어도 75% 이상을 점유할 수 있다. 상기 구조체들(43a, 43b, 43c)의 점유율이 75% 이하가 되는 경우, 발광 소자 안의 광이 외부로 추출되기가 어려워 외부 양자 효율이 감소될 수 있다.
상기 구조체들(43a, 43b, 43c)은 800nm 내지 100μm의 범위의 직경을 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 구조체들(43a, 43b, 43c)은 800nm 내지 2μm의 범위의 직경을 가질 수 있다.
상기 구조체(43a, 43b, 43c)는 위에서 볼 때, 구형, 타원형, 다각형, 원뿔형 및 별형 중 어느 하나로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 구조체들(43a, 43b, 43c) 각각은 서로 상이한 최대 두께를 가질 수 있다. 여기서, 최대 두께라 함은 하나의 구조체가 서로 다른 두께를 가질 때, 이들 두께들 중에서 최대 두께를 의미할 수 있다.
예컨대, 하나의 구조체가 라운드 형상, 예컨대 구형, 타원형 등으로 형성될 때, 두께는 구조체의 에지로부터 중심으로 갈수록 커질 수 있다. 이러한 경우, 구조체의 중심에서 최대 두께가 얻어질 수 있다.
설명의 편의를 위해, 이하에서 2가지 실시예를 대표적으로 설명하지만, 실시예는 이에 대해서는 한정하지 않으며, 다양한 방법들이 포함될 수 있다.
두 종류의 서로 상이한 직경의 제1 구조체와 제2 구조체가 상기 렌즈(40) 상에 형성될 수 있다. 제1 구조체의 직경은 800nm이고 제2 구조체의 직경은 50μm일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 따라서, 800nm인 제1 구조체와 50μm인 제2 구조체가 서로 랜덤하게 인접하여 상기 렌즈(40)의 상면에 형성될 수 있다. 상기 제1 구조체에 인접하여 제1 구조체가 형성될 수도 있고, 제2 구조체가 형성될 수도 있다. 서로 인접한 제1 및 제2 구조체는 서로 이격되거나, 서로 접촉되거나 또는 서로 부분적으로 중첩될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
다섯 종류의 서로 상이한 직경의 제1 내지 제5 구조체가 상기 렌즈(40) 상에 형성될 수 있다.
예컨대, 제1 구조체는 800nm이고, 제2 구조체는 880nm이고, 제3 구조체는 1μm이고, 제4 구조체는 30μm이며, 제5 구조체는 100μm일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 따라서, 800nm의 제1 구조체, 880nm의 제2 구조체, 1μm의 제3 구조체, 30μm의 제4 구조체 및 100μm의 제5 구조체가 서로 랜덤하게 인접하여 상기 렌즈(40)의 상면에 형성될 수 있다. 서로 인접한 제1 내지 제5 구조체는 서로 이격되거나, 서로 접촉되거나 또는 서로 부분적으로 중첩될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 11에 도시한 바와 같이, 실시예의 불규칙 스트럭쳐에 의해 광이 랜덤하게 출사되어 서로 간에 간섭되지 않게 되므로, 외부 양자 효율을 극대화할 수 있다.
도 12는 실시예에 따른 발광 소자의 휘도 변화를 도시한 그래프이고, 도 13a 및 도 13b는 실시예에 따른 발광 소자의 스펙트럼 변화를 도시한 그래프이다.
비교예는 규칙적인 배열을 갖는 렌즈를 포함하는 발광 소자를 의미하고, 실시예는 불규칙 스트럭쳐의 렌즈를 포함하는 발광 소자를 의미한다.
도 12에 도시한 바와 같이, 비교예에 비해 실시예에서 휘도가 더 큼을 알 수 있다. 아울러, 전류가 증가할수록 비교예와 실시예 간의 휘도 차이는 더욱 더 커짐을 알 수 있다.
도 13a 및 도 13b에 도시한 바와 같이, 비교예에서는 각도 변화(0°, 30°)에 따라 스펙트럼 변화가 발생하는데 반해, 실시예에서는 각도 변화(0°, 30°)에 따라 스펙트럼 변화가 최소화됨을 알 수 있다.
실시예는 발광 소자 상에 불규칙 스트럭쳐를 갖는 렌즈를 형성하여, 출사도는 광의 간섭을 최소화하여 외부 양자 효율을 극대활 수 있다.
도 2 내지 도 10은 실시예에 따른 발광 소자의 제조 공정을 설명하는 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자의 제조 공정을 크게 나누어 보면, 기판(21)에 제1 스트럭쳐(13)를 형성하는 과정과, 상기 제1 스트럭쳐(13)에 대응하는 제2 스트럭쳐(17)를 포함하는 몰드 부재(15)를 형성하는 과정 그리고 마지막으로 몰드 부재(15)의 제2 스트럭쳐(17)를 발광 소자에 전사하여 불규칙 스트럭쳐(43)를 갖는 렌즈를 형성하는 과정으로 구분될 수 있다.
이하에서 이를 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면, 베이스 기판(10)이 기울어진 상태로 용기(1)에 담궈질 수 있다. 상기 베이스 기판(10)의 하부 영역은 용액(3)에 담궈지고, 상기 베이스 기판(10)의 상부 영역은 용액(3)에 담궈지지 않을 수 있다.
상기 용기(1)는 가열 장치(7), 예컨대 마이크로 오븐 안에 놓여질 수 있다.
상기 가열 장치(7)의 열에 의해 상기 용액(3)이 증발하게 되고, 상기 용액(3)의 증발에 의해 상기 용액(3)의 증발시 상기 용액(3) 내의 콜로이드 입자(5a, 5b, 5c)가 상기 용액(3)에 담궈지지 않은 상기 베이스 기판(10)의 상부 영역의 표면에 부착되게 된다.
상기 용액(3)은 증발에 의해 점차 줄어들게 되므로, 상기 베이스 기판(10)의 하부 영역의 면에도 콜로이드 입자(5a, 5b, 5c)가 부착하게 된다.
상기 가열 장치(7)의 열은 70℃ 내지 80℃의 범위를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 베이스 기판(10)의 기울기(θ)는 상기 베이스 기판(10)에 형성하고자 하는 콜로이드 입자(5a, 5b, 5c)의 직경에 따라 가변될 수 있다.
예컨대, 상기 베이스 기판(10)에 직경이 큰 콜로이드 입자(5a, 5b, 5c)를 형성하는 경우 상기 베이스 기판(10)의 기울기(θ)는 20° 이하일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 상기 베이스 기판(10)에 직경이 작은 콜로이드 입자(5a, 5b, 5c)를 형성하는 경우 상기 베이스 기판(10)의 기울기(θ)는 45°일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
다시 말해, 상기 베이스 기판(10)에 형성하고자 하는 콜로이드 입자(5a, 5b, 5c)의 직경이 클수록, 상기 베이스 기판(10)의 기울기(θ)는 작아질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
용기(1) 안에 2 종류 이상의 서로 상이한 직경을 갖는 콜로이드 입자들(5a, 5b, 5c)이 분사된 용액(3)이 채워진다. 이와 같이, 서로 상이한 직경을 갖는 콜로이드 입자들(5a, 5b, 5c)이 용기(1)에 채워진 이유는 최종적으로 발광 소자에 형성된 렌즈에 서로 상이한 직경의 구조체들을 포함하는 불규칙 스트럭쳐를 형성하기 위해서이다.
콜로이드 입자(5a, 5b, 5c)가 분산된 용액(3)을 제조 시, 다른 크기를 갖는 두 종류 이상의 입자를 일정 비율로 혼합하여 불균일한 구조의 자기조립체를 제조하되 용매내에 고분자 물질을 용해하여 입자간 가교 역할을 하게하여 간극을 최소화한다.
일반적으로 콜로이드 입자(colloid particles)의 사전적 의미는 기체, 액제 또는 고체 속에 분산되어 콜로이드 상태로 있는 알갱이를 의미하는 것으로서, 수 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 직경을 가질 수 있다.
실시예의 콜로이드 입자(5a, 5b, 5c)는 자기조립을 용이하게 유도할 수 있는 직경을 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, 실시예의 콜로이드 입자(5a, 5b, 5c)는 800nm 내지 100μm의 범위의 직경을 가질 수 있다. 예컨대, 실시예의 콜로이드 입자(5a, 5b, 5c)는 800nm 내지 2μm의 범위의 직경을 가질 수 있다.
800μm 이하의 콜로이드 입자에 의해 최종적으로 발광 소자의 렌즈에 구조체가 형성되는 경우, 이 구조체는 가시광선의 굴절을 용이하지 않게 된다.
100μm 이상의 콜로이드 입자의 경우에는 자기조립을 용이하게 유도하지 못하게 된다.
실시예의 콜로이드 입자(5a, 5b, 5c)로는 고분자 유기 물질, 무기 산화물 및 금속 물질 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
에컨대, 상기 고분자 유기 물질로는 폴리스타이렌(polystyren), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리아미드(polyamide) 및 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate) 및 이들의 공중합물로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나가 사용되지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 상기 무기 산화물로는 실리카(silica), 알루미나(alumina), ITO, IZO, AZO 및 TiO2로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 또는 이들의 혼합물이 사용되지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 상기 금소 물질로는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 백금(Pt) 및 몰리브덴(Mo)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 또는 이들의 합금이 사용되지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
한편, 베이스 기판(10)을 용기(1) 내의 용액(3) 속에 담근 다음, 용액(3) 속의 용매를 증발시킬 수 있다. 이와 같이 용매가 증발함에 따라, 상기 용액(3) 속의 콜로이드 입자들(5a, 5b, 5c)이 자기 조립이 유도되고, 이와 같이 유도된 자기 조립들이 상기 베이스 기판(10)의 표면에 부착되게 된다.
이에 따라, 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 베이스 기판(10)의 표면에 상기 용액(3) 속의 콜로이드 입자들(13a, 13b, 13c)이 형성되게 된다.
서로 상이한 직경을 갖는 콜로이드 입자들(13a, 13b, 13c)이 상기 베이스 기판(10)의 표면에 형성됨에 따라, 상기 베이스 기판(10)에 형성된 콜로이드 입자(13a, 13b, 13c)의 두께는 서로 달라지게 될 수 있다.
예컨대, 콜로이드 입자(13a, 13b, 13c)의 직경의 반으로 베이스 기판(10) 상에 형성된다고 가정할 때, 2μm의 반인 1μm의 두께의 콜로이드 입자가 베이스 기판(10)에 형성되고, 6μm의 반인 3μm의 두께의 콜로이드 입자가 베이스 기판(10)에 형성될 수 있다.
여기서, 두께는 베이스 기판(10)에 형성된 각 콜로이드 입자(13a, 13b, 13c)의 최대 두께를 의미할 수 있다.
따라서, 상기 베이스 기판(10) 상에는 서로 상이한 직경을 갖는 콜로이드 입자들(13a, 13b, 13c)을 포함하는 제1 스트럭쳐(13)가 형성될 수 있다.
상기 제1 스트럭쳐(13)는 콜로이드 입자들(13a, 13b, 13c)의 자기 조립에 의해 형성된 것이므로, 각 콜로이드 입자(13a, 13b, 13c)로부터 형성된 서로 상이한 직경을 갖는 돌기체로 형성될 수 있다. 상기 돌기체의 면은 라운드 면일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 스트럭쳐(13)를 포함하는 상기 베이스 기판(10) 상에 몰딩 물질을 채우고 열경화를 통해 상기 몰딩 물질을 경화시킬 수 있다.
상기 몰딩 물질은 경화되어 몰드 부재(15)로 형성될 수 있다.
상기 경화 공정은 열 경화 공정 또는 자외선 경화 공정일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 몰딩 물질은 열 경화나 자외선 경화가 가능한 유기 물질일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예커대, 상기 몰딩 물질로는 PDMS(polydimethylsiloxane)일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상기 몰드 부재(15)가 형성되면, 상기 몰드 부재(15)로부터 상기 베이스 기판(10)이 분리될 수 있다.
따라서, 상기 베이스 기판(10)의 제1 스트럭쳐(13)에 접하는 상기 몰드 부재(15)의 면에는 상기 제1 스트럭쳐(13)에 대응하는 제2 스트럭쳐(17)가 형성될 수 있다.
상기 제1 스트럭쳐(13)가 돌기 형상을 갖는 돌기체들로 형성되므로, 상기 제1 스트럭쳐(13)에 대응되도록 형성된 상기 제2 스트럭쳐(17)는 오목 구조체들(17a, 17b, 17c)로 형성될 수 있다. 상기 제2 스트럭쳐(17)의 구조체(17a, 17b, 17c)는 상기 제1 스트럭쳐(13)의 돌기체에 일대일로 대응되어 형성될 수 있다.
따라서, 상기 몰드 부재(15)에는 다수의 오목 구조체(17a, 17b, 17c)를 포함하는 제2 스트럭쳐(17)가 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 발광 구조물(30)을 포함하는 기판(21)이 제공될 수 있다.
기판(21) 상에 버퍼층(23)이 형성되고, 상기 버퍼층(23) 상에 상기 발광 구조물(30)이 형성될 수 있다.
상기 발광 구조물(30)은 제1 도전형 반도체층(25), 활성층(27) 및 제2 도전형 반도체층(29)을 포함할 수 있다.
상기 기판(21), 상기 버퍼층(23) 및 상기 발광 구조물(30)의 상세한 내용은 도 1의 발광 소자의 구조 설명으로부터 용이하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 상기 발광 구조물(30), 구체적으로 상기 제2 도전형 반도체층(29) 상에 열 경화성 물질이나 자외선 경화 물질로 이루어지는 렌즈 막(40a)을 형성할 수 있다.
상기 렌즈 막(40a)으로는 예컨대, 실리카졸이 사용될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
즉, 실리카졸을 스핀 코팅 공정에 의해 상기 제2 도전형 반도체층(29) 상에 형성하여 렌즈 막(40a)을 형성할 수 있다.
도 8을 참조하면, 도 5에서 형성된 몰드 부재(15)를 상기 렌즈 막(40a) 상에 배치 또는 얼라인 한 다음, 상기 몰드 부재(15)를 가압하여 상기 몰드 부재(15)의 하면이 상기 렌즈 막(40a)에 접촉되도록 한다.
상기 몰드 부재(15)의 하면에는 오목 구조체들(17a, 17b, 17c)을 포함하는 제2 스트럭쳐(17)가 형성될 수 있다.
도 9을 참조하면, 상기 몰드 부재(15)의 하면이 상기 렌즈 막(40a)에 접촉되면, 상기 렌즈 막(40a)의 표면은 상기 몰드 부재(15)의 제2 스트럭쳐(17)에 대응되는 형상, 다시 말해 불규칙 스트럭쳐(43)가 형성될 수 있다. 상기 불규칙 스트럭쳐(43)는 제3 스트럭쳐라고 명명될 수도 있다.
상기 몰드 부재(15)가 상기 렌즈 막(40a)에 접촉된 상태에서, 열경화 또는 자외선 경화 공정이 수행되어 상기 렌즈 막(40a)이 경화될 수 있다
상기 렌즈 막(40a)은 경화되어 렌즈(40)로 형성되고, 상기 렌즈(40)의 상면에는 상기 제2 스트럭쳐(17)에 대응하는 불규칙 스트럭쳐(43)가 형성될 수 있다.
도 10a 및 도 10b을 참조하면, 상기 렌즈(40)로부터 상기 몰드 부재(15)가 분리될 수 있다.
따라서, 상기 렌즈(40)의 상면에는 상기 제2 스트럭쳐(17)의 오목 구조체들(17a, 17b, 17c)에 대응하는 볼록 구조체들(43a, 43b, 43c)을 포함하는 불규칙 스트럭쳐(43)가 형성될 수 있다.
상기 제2 스트럭쳐(17)는 오목 구조체들(17a, 17b, 17c)을 포함하므로, 각 오목 구조체(17a, 17b, 17c)에 대응하는 볼록 구조체들(43a, 43b, 43c)을 포함하는 불규칙 스트럭쳐(43)가 형성될 수 있다.
상기 제2 스트럭쳐(17)의 오목 구조체들(17a, 17b, 17c)은 서로 상이한 직경과 서로 상이한 두께에 의해 불규칙하게 배열되므로, 상기 불규칙 스트럭쳐(43)의 볼록 구조체들(43a, 43b, 43c) 또한 불규칙하게 배열된다.
도 9 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 오목 구조체들(17a, 17b, 17c)을 포함하는 제2 스트럭쳐(17)가 렌즈(40)로 전사되어, 상기 렌즈(40)의 상면에 볼록 구조체들(43a, 43b, 43c)을 포함하는 불규칙 스트럭쳐(43)가 형성될 수 있다.
상기 불규칙 스트럭쳐(43)의 볼록 구조체들(43a, 43b, 43c)은 도 3b에 도시된 바와 같이 베이스 기판(10) 상에 자기조립된 제1 스트럭쳐(13)의 콜로이드 입자들(13a, 13b, 13c)과 실질적으로 동일한 형상을 가질 수 있다.
따라서, 상기 베이스 기판(10)의 제1 스트럭쳐(13)가 몰드 부재(15)의 제2 스트럭쳐(17)를 매개로 하여 렌즈(40)의 상면에 전사되어, 볼록 구조체들(43a, 43b, 43c)을 포함하는 불규칙 스트럭쳐(43)로 형성될 수 있다.
상기 불규칙 스트럭쳐(43)의 볼록 구조체들(43a, 43b, 43c)은 상기 렌즈(40)의 면적의 적어도 75% 이상을 점유할 수 있다.
상기 불규칙 스트럭쳐(43)의 볼록 구조체들(43a, 43b, 43c)은 서로 상이한 직경과 서로 상이한 두께를 가질 수 있다.
상기 불규칙 스트럭쳐(43)의 볼록 구조체들(43a, 43b, 43c)은 위에서 볼 때, 구형, 타원형, 다각형, 원뿔형 및 별형 중 어느 하나로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 불규칙 스트럭쳐(43)의 볼록 구조체들(43a, 43b, 43c)은 800nm 내지 100μm의 범위의 직경을 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 불규칙 스트럭쳐(43)의 볼록 구조체들(43a, 43b, 43c)은 800nm 내지 2μm의 범위의 직경을 가질 수 있다.
실시예는 몰드 부재의 스트럭쳐를 그대로 전사하여 발광 소자의 상면에 불규칙 스트럭쳐를 포함하는 렌즈를 형성함으로써, 제조 공정이 단순화고 비용이 절감될 수 있다.
1: 용기 3:용액
10: 베이스 기판 13: 제1 스트럭쳐
13a, 13b, 13c: 콜로이드 입자 15: 몰드 부재
17: 제2 스트럭쳐 17a, 17b, 17c: 오목 구조체
21: 기판 23: 버퍼층
25: 제1 도전형 반도체층 27: 활성층
29: 제2 도전형 반도체층 30: 발광 구조물
40: 렌즈 43: 불규칙 스트럭쳐
43a, 43b, 43c: 구조체

Claims (19)

  1. 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층에 접하는 제1 면과 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면을 갖는 렌즈; 및
    상기 렌즈의 상기 제1 면은 평면을 가지고,
    상기 렌즈의 상기 제2 면에 불규칙하게 배열된 다수의 구조체들을 포함하는 스트럭쳐를 포함하고,
    상기 구조체들은 상기 렌즈의 면적의 적어도 75% 이상을 점유하고,
    상기 렌즈는 실리카졸을 갖는 경화성 물질을 포함하는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구조체들은 서로 상이한 직경을 갖는 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구조체들은 서로 상이한 두께를 갖는 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구조체들은 볼록한 형상을 갖는 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구조체들은 800nm 내지 100μm의 범위의 직경을 갖는 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 구조체들은 800nm 내지 2μm의 범위의 직경을 갖는 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스트럭쳐는 상기 렌즈로부터 형성되는 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구조체들은 구형, 타원형, 다각형, 원뿔형 및 별형 중 어느 하나로 형성되는 발광 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층과 상기 렌즈 사이에 배치되는 도전층을 더 포함하는 발광 소자.
  10. 베이스 기판 상에 자기조립에 의해 서로 상이한 직경을 갖는 콜로이드 입자들을 포함하는 제1 스트럭쳐를 형성하는 단계;
    상기 베이스 기판 상에 몰딩 물질을 형성하고 경화시켜, 상기 베이스 기판의 상기 제1 스트럭쳐에 대응하는 제2 스트럭쳐를 포함하는 몰딩 부재를 형성하는 단계;
    상기 베이스 기판을 분리하는 단계; 및
    제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광 구조물에서, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 렌즈 막을 형성하는 단계;
    상기 렌즈 막 상에 상기 몰딩 부재를 가압하여 상기 몰딩 부재의 상기 제2 스트럭쳐에 대응하는 제3 스트럭쳐를 포함하는 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제3 스트럭쳐는 상기 제1 스트럭쳐의 상기 콜로이드 입자들과 동일한 형상을 갖는 제1 구조체들을 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 스트럭쳐는 상기 제3 스트럭쳐의 구조체들과 반대인 형상을 갖는 제2 구조체들을 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 렌즈는 실리카졸을 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제3 스트럭쳐는 상기 렌즈 막의 상면으로부터 돌출되어 형성되는 발광 소자의 제조 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 몰딩 부재는 PDMS을 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 콜로이드 입자들은 고분자 유기 물질, 무기 산화물 및 금속 물질 중 어느 하나로 이루어지는 발광 소자의 제조 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
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