KR20030082282A - 백색 발광 다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백색 발광 다이오드에 관한 것으로, 기판의 상부에 n-GaN층, 활성층과 p-GaN층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 p-GaN층에서 n-GaN층의 일부까지 메사(Mesa)식각되어 있으며, 상기 p-GaN층의 상부에는 활성층으로부터 방출되는 광이 투과되어 백색광이 방출되는 유색 전류확산 전극박막층이 형성되어 있고, 그 메사식각된 n-GaN의 상부에는 n-전극이, 상기 유색 전류확산 전극박막층의 상부에는 p-전극이 형성되어되도록 구성함으로서, 유색 전류확산 전극을 고용하여 투과되어 백색광이 방출됨으로서, 제조를 용이하게 할 수 있고, 대량 생산을 쉽게 할 수 있는 효과가 발생한다.

Description

백색 발광 다이오드{ White light emitting diode }

본 발명은 백색 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유색 전류확산 전극을 형성하고, 이 유색 전류확산 전극에 광을 투과시키면, 백색광을 방출시킬 수 있는 백색 발광 다이오드에 관한 것이다.

일반적으로, Ⅲ족 질화물 반도체의 성장 기술의 발달에 따라, 기존의 GaAs를 이용한 적색 발광 다이오드에 이어 청색과 녹색 발광다이오드의 개발이 완료되었으며, 널리 상용화되고 있다.

그러나, 가시광 영역의 각 파장대의 광소자 실현에도 불구하고, 현재 사용되고 있는 백열전등이나 형광등을 대체할 수 있는 백색광을 출력할 수 있는 백색 발광다이오드의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

백색광은 이미 개발이 완료된 청색, 녹색과 적색 발광다이오드에서 출력되는 광들을 합쳐서 구현 가능하며, 실제로 청색, 녹색과 적색 발광다이오드를 이용하여, 백색 발광 다이오드를 제조하는 시도도 있었다.

그러나, 3 종류의 발광다이오드를 하나의 모듈에 조립하기가 어렵고, 광출력 이 저하되는 문제점이 발생하였다.

최근, 일본의 니치아(Nichia)社에서는 청색 발광다이오드 칩을 통상적인 방법으로 몰딩 컵(Molding cup)에 조립할 때, 야그(YAG, Y₃Al₅O₁₂Garnet) 형광물질을 칩의 상부에 도포하여, 야그 포스퍼(Phospor)에서 나오는 노란색광과 청색광을 결합시켜 백색광을 구현하였다.

도 1은 종래의 형광물질이 도포된 발광 다이오드가 패키징된 단면도로써, 발광 다이오드가 접시 모양의 반사도가 높은 제 1 리드프레임(40)에 솔더(30)로 부착되어 있고, 발광 다이오드의 전극 패드들(22,23)은 제 1 리드프레임(40)과 제 2 리드프레임(41)에 와이어(35)로 본딩되어 있다.

발광다이오드와 본딩 부위를 외부로부터 보호하고자, 투명 에폭시(50)로 밀봉되고, 상기 제 1, 2 리드프레임(40,41)과 연결된 제 1,2 리드(10,11)만 외부에 노출된다.

상기 발광다이오드는 사파이어 기판(28)의 상부에 N-GaN층(27),활성층(26),P-GaN층(25)이 적층되어 있고, 상기 P-GaN층(25)의 상부에는 투명전극(21)이 형성되어 있으며, 상기 투명전극(21)의 상부에 P전극패드(22)가 형성되어 있고, 상기 N-GaN층(27)의 상부에는 N전극패드(23)가 형성되어 있다.

상기 P,N 전극패드(22,23)를 통하여 전류가 주입되면, 상기 활성층(26)에서는 광이 발생되고, 이 광은 투명전극(21)을 통하여 외부로 방출된다.

이러한, 발광 다이오드로 백색 발광 다이오드의 제조하기 위해서는 여러 가지 방법이 사용되고 있지만, 먼저, 청색 발광다이오드에 야그 포스퍼가 포함된 노란색 형광물질(60)을 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 리드프레임(40)상의 접시모양의 반사판에 청색 발광다이오드를 감싸며 도포하면, 백색 발광 다이오드가 구현된다.

즉, 청색 발광 다이오드의 청색광이 노란색 형광물질을 투과하여 백색광으로 외부로 방출되는 방법이다.

이와 같은, 니치아社에서 구현했던 것과 동일한 방식으로 백색 발광 다이오드를 만들 경우, 우선 청색 발광 다이오드에서 발광한 광이 야그 포스퍼를 형광시켜 백색광을 만들기 때문에, 광 효율이 많이 저하되게 된다.

또한, 조립에 많은 어려움이 있다. 즉, 형광 물질을 어떻게 적절히 조절하느냐에 따라 최종 방출되는 광의 색깔이 바뀔 소지가 많으며, 휘도와 광출력에도 영향을 주게 된다.

따라서, 대량 생산시, 일정한 특성을 갖는 백색 발광다이오드를 제조하기가 어렵고, 생산 수율이 저하되는 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 유색 전류확산 전극을 형성하고, 이 유색 전류확산 전극에 광을 투과시키면, 백색광을 방출시킬 수 있는 백색 발광 다이오드를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 기판의 상부에 n-GaN층, 활성층과 p-GaN층이 순차적으로 적층되어 있고,

상기 p-GaN층에서 n-GaN층의 일부까지 메사(Mesa)식각되어 있으며,

상기 p-GaN층의 상부에는 활성층으로부터 방출되는 광이 투과되어 백색광이 방출되는 유색 전류확산 전극박막층이 형성되어 있고,

그 메사식각된 n-GaN의 상부에는 n-전극이, 상기 유색 전류확산 전극박막층의 상부에는 p-전극이 형성되어 있는 백색 발광 다이오드가 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 기판의 상부에 n-GaN층, 활성층과 p-GaN층이 순차적으로 적층되어 있고,

상기 p-GaN층에서 n-GaN층의 일부까지 메사(Mesa)식각되어 있으며,

상기 p-GaN층의 상부에 활성층으로부터 방출되는 광이 투과되어 백색광이 방출되는 각기 다른 색을 갖는 복수의 전류확산 전극박막층들이 적층되어 있고,

그 메사식각된 n-GaN의 상부에는 n-전극이, 상기 복수의 전류확산 전극박막층의 상부에는 p-전극이 형성되어 있는 백색 발광 다이오드가 제공된다.

도 1은 종래의 형광물질이 도포된 발광 다이오드가 패키징된 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백색 발광 다이오드의 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드의 상면도이다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 백색 발광 다이오드의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 사파이어기판 111 : n-GaN층

112 : 활성층 113 : p-GaN층

116 : p전극 117 : n전극

120,122,125,126 : 전류확산 전극 박막층

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백색 발광 다이오드의 단면도로서, 사파이어(Al₂O₃) 기판(110)의 상부에 n-GaN층(111), 활성층(112)과 p-GaN층(113)이 적층되어 있고, 상기 p-GaN층(113)에서 n-GaN층(111)의 일부까지 메사(Mesa)식각되어 있으며, 상기 p-GaN층(113)의 상부에 활성층에서 방출되는 광이 투과되어 백색광이 방출되도록 유색 전류확산 전극박막층(120)이 형성되어 있고, 그 메사식각된 n-GaN(111)의 상부에 n-전극(117)과, 상기 유색 전류확산 전극박막층(120)의 상부에 p-전극(116)이 형성되어 있는 구조를 나타내고 있다.

이러한, 발광 다이오드는 활성층(112)에서 방출되는 광이 청색이고, 유색 전류확산 전극박막층(120)은 노란색의 전류확산 전극박막으로 형성하면, 청색 광은 노란색 전류확산 전극박막층(120)을 투과하여 백색에 근접한 광을 방출하게 된다.

그리고, 본 발명의 제 1 실시예의 다른 방법으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 적색의 전류확산 전극박막층(121)으로 사용하여, 적색 전류확산 전극박막층(121)의 면적 일부에 녹색 전류확산 전극박막층(122)을 형성하면, 발광 다이오드의 활성층에서 방출되는 청색광이 적색 전류확산 전극박막층(121)과 녹색 전류확산 전극박막층(122)을 투과해서 결합됨으로서, 백색광을 구현할 수 있게 된다.

이와 반대로, 녹색 전류확산 전극박막층을 구비하고, 이 녹색 전류확산 전극박막층의 일부에 적색 전류확산 전극박막층을 형성함으로써, 백색광을 구현할 수도 있다.

이와 같은 발명의 사상으로, 녹색광을 방출하는 반도체 레이저 다이오드도 유색 전류확산 전극박막층을 사용하여 최종적으로 백색광이 방출될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 백색 발광 다이오드의 단면도로서, 도 2에 도시된 p-GaN층(113)의 상부에 활성층에서 방출되는 광이 투과되어 백색광이 방출되도록 각기 다른 색을 갖는 복수의 전류확산 전극박막들(125,126)을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 실시예에서는 활성층(112)에서 방출되는 광이 청색이면, 제 1 색 전류확산 전극박막(125)을 녹색으로 형성하고, 제 2 색 전류확산 전극박막(126)을 적색으로 형성하면, 활성층(112)으로부터 방출되는 청색 광은 녹색 전류확산 전극박막(125)과 적색 전류확산 전극박막(126)을 투과하여 백색광을 방출하게 된다.

이 때, 최종적으로 방출되는 광이 백색광이 구현되지 않을 경우에는 투과되는 광의 색상을 조절하는 방안으로, 제 1 색 전류확산 전극박막(125)의 면적과 제 2 색 전류확산 전극박막(126)의 면적을 다르게 하여, 투과되는 광을 백색광으로 조절할 수 있다.

이때, 제 1 색 전류확산 전극박막(125)의 면적은 제 2 색 전류확산 전극박막(126)의 면적보다 크게 형성하는 것이 공정상 수월하다.

이와 같이, 본 발명은 기존의 투명 전류확산 전극에 색상을 첨가하여 기존의 3색, 즉, 청색, 녹색, 적색 발광 다이오드를 사용하거나, 청색 발광다이오드에 형광 물질을 사용하여 백색 발광다이오드를 만들 때 보다 제조가 용이하여 쉽게 백색 발광다이오드를 구현할 수 있게 되는 장점이 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 유색 전류확산 전극을 형성하고, 이 유색 전류확산 전극에 광을 투과시키면, 백색광을 방출시킬 수 있음으로서, 제조를 용이하게 할 수 있고, 대량 생산을 쉽게 할 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 (6)

1. 기판의 상부에 n-GaN층, 활성층과 p-GaN층이 순차적으로 적층되어 있고,

   상기 p-GaN층에서 n-GaN층의 일부까지 메사(Mesa)식각되어 있으며,

   상기 p-GaN층의 상부에는 활성층으로부터 방출되는 광이 투과되어 백색광이 방출되는 유색 전류확산 전극박막층이 형성되어 있고,

   그 메사식각된 n-GaN의 상부에는 n-전극이, 상기 유색 전류확산 전극박막층의 상부에는 p-전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 활성층은 청색광을 방출하는 활성층이고,

   상기 유색 전류확산 전극박막층은 상기 활성층에서 방출하는 청색광을 투과하여 백색광을 방출할 수 있는 노란색의 전류확산 전극박막층인 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 유색 전류확산 전극박막층은 적색 또는 녹색 전류확산 전극박막층이 조합되어 형성된 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
4. 기판의 상부에 n-GaN층, 활성층과 p-GaN층이 순차적으로 적층되어 있고,

   상기 p-GaN층에서 n-GaN층의 일부까지 메사(Mesa)식각되어 있으며,

   상기 p-GaN층의 상부에 활성층으로부터 방출되는 광이 투과되어 백색광이 방출되는 각기 다른 색을 갖는 복수의 전류확산 전극박막층들이 적층되어 있고,

   그 메사식각된 n-GaN의 상부에는 n-전극이, 상기 복수의 전류확산 전극박막층의 상부에는 p-전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 활성층은 청색광을 방출하는 활성층이고,

   상기 복수의 전류확산 전극박막층들은 녹색의 전류확산 전극박막층과 적색의 전류확산 전극박막층이 적층된 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 녹색의 전류확산 전극박막층과 적색의 전류확산 전극박막층의 면적은 다른 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.