KR20050034812A

KR20050034812A - 형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법

Info

Publication number: KR20050034812A
Application number: KR20030070500A
Authority: KR
Inventors: 윤석길
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2005-04-15

Abstract

본 발명은 발광 다이오드가 웨이퍼에 형성된 상태에서 스핀 코팅 방식으로 형광체를 도포함으로써 균일한 형광체층을 형성할 수 있는 형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은, 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판 상에 제1 도전형 반도체 물질로 제1 클래드층을 형성하는 단계와, 상기 제1 클래드층 상에 언도프된 반도체 물질로 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체 물질을 포함하는 제2 클래드층을 형성하는 단계와, 상기 적어도 제2 클래드층과 활성층의 일부영역을 제거하여 상기 제1 클래드층의 일부를 노출시키는 단계 및 상기 제2 클래드층 및 상기 노출된 제1 클래드층의 상면 또는 상기 기판의 배면에 소정 양의 형광체 물질을 떨어뜨려 스핀 코팅 방식으로 형광체층을 형성하는 단계를 포함하는 형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 형광체층의 두께 및 성분 균일화하여 반도체 발광 다이오드의 성능 및 품질을 향상시키는 효과가 있다.

Description

형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING WAVELENGTH - CONVERTED LIGHT EMITTING DIODE USING PHOSPHOR}

본 발명은 형광체를 이용하여 방출되는 광의 일부를 파장 변환시킴으로써 백색과 같은 특정 색의 광을 생성하는 발광 다이오드의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 다이오드가 웨이퍼에 형성된 상태에서 스핀 코팅 방식으로 형광체를 도포함으로써 균일한 형광체층을 형성할 수 있는 형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 발광 다이오드는 소형화가 가능하면서도 발광효율이 우수한 소자로서 각종 표시장치 및 광통신기기의 광원으로 적극적으로 활용되고 있다. 나아가, 최근에는 순수 청색, 녹색 또는 자외선 등의 단파장을 생성하는 반도체 발광 다이오드가 상용화됨에 따라, 반도체 발광 다이오드는 빛의 삼색(RGB)을 조합하여 백색광을 생성할 수 있게 되었다.

일반적으로 반도체 발광 다이오드는 정해진 파장의 빛만을 방출하는 단색성을 가지고 있다. 따라서, 백색 발광을 구현하기 위해서는 일반적으로 두 종류 이상의 발광 다이오드를 조합한 하나의 패키지로 제조하거나, 형광체(phosphor)를 이용하여 청색 또는 자외선 발광 다이오드의 빛의 일부를 변환시켜 백색광을 생성하는 방법을 사용한다. 통상적으로, 후자의 방법이 제품의 소형화측면에서 유리하여 적극적으로 활용되고 있다.

이러한 종래의 형광체를 이용하여 백색광을 발광하는 다이오드는, 회로가 구성되도록 되어있는 인쇄회로기판이나 알루미늄 재질의 리드 프레임 위에 청색 또는 자와선 발광 다이오드 칩을 장착하고 형광체를 이용하여 포팅하여 트랜스퍼 몰딩(transfer molding) 성형을 하고 각각의 제품을 잘라내는 방식과, 일정한 형성을 갖는 플라스틱 재질의 사출물에 형광안료를 디스펜서(dispenser)를 이용하여 포팅한 후 에폭시로 마감을 하거나, 리드 프레임에 형광 안료를 포팅하여 램프의 형상을 한 몰드컵을 이용하여 다이오드 램프로 제작하는 방법 등을 사용하였다.

도 1은 종래의 트랜스퍼 몰딩 방식의 일례를 도시한 공정도이다. 먼저, 도 1a와 같이 인쇄회로기판이나 알루미늄 재질의 리드 프레임 위에 장착된 청색 또는 자외선 발광 다이오드(10)를 몰드(12) 내에 위치시키고, 형광체와 에폭시 파우더를 혼합한 에폭시 몰드 합성물(Epoxy Molding Compound : EMC)을 80 내지 90℃에서 예열하여 형성한 타블릿(11)을 마련한다.

이어, 도 1b와 같이 몰드(12)에 형성된 홀을 통해 상기 타블릿(11)을 500 내지 1000 psi의 고압으로 주입하면 몰드(12) 사이에 형성된 통로를 통해 상기 타블릿(11)을 형성하는 형광체와 에폭시 파우더의 합성물이 발광 다이오드(10)가 위치한 곳으로 이동하여 상기 발광 다이오드(10)의 주위를 몰딩하게 된다.

이어, 도 1c와 같이 주입이 끝난 상태에서 상기 에폭시 몰드 합성물을 경화시키는 과정을 마친 후 도 1d와 같이 몰드를 제거하고 각각의 칩을 분리하면 형광체의 형성이 마무리된다.

이와 같은 종래의 형광체층 형성 방법인 트랜스퍼 몰딩 방식 또는 디스펜서를 이용한 방식에서는, 형광체와 에폭시를 적절하게 조합하여 합성물(compound)을 제조하여 이용되는데 이때, 상기 합성물은 형광체의 침전 현상 등으로 인해 그 조성비와 양에 있어서 균일성을 유지하기가 어렵기 때문에 형광체층이 형성된 각 칩에서 동일한 파장을 형성하지 못하는 문제가 있다. 나아가 이러한 문제점은 생산되는 제품의 품질 및 수율을 저하시키는 문제점을 발생시킨다.

따라서, 당 기술분야에서는 우수한 균일성을 보장하는 형광체층을 형성할 수 있는 파장변환형 발광 다이오드의 제조방법이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은, 우수한 균일성을 갖는 형광체층을 형성할 수 있는 파장변환형 발광 다이오드의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은,

반도체 물질을 성장시키기 위한 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판 상에 제1 도전형 반도체 물질로 제1 클래드층을 형성하는 단계와, 상기 제1 클래드층 상에 언도프된 반도체 물질로 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체 물질을 포함하는 제2 클래드층을 형성하는 단계와, 상기 적어도 제2 클래드층과 활성층의 일부영역을 제거하여 상기 제1 클래드층의 일부를 노출시키는 단계와, 상기 제2 클래드층 및 상기 노출된 제1 클래드층의 상면 또는 상기 기판의 배면에 소정 양의 형광체 물질을 떨어뜨려 스핀 코팅 방식으로 형광체층을 형성하는 단계를 포함하는 형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법을 제공한다.

상기 형광체층을 형성하는 단계는, 1000RPM 내지 5000RPM의 속도로 적어도 10초 이상의 회전을 통한 스핀 코팅 방식으로 형광체층을 형성하는 단계임이 바람직하다. 또한, 상기 형광체층을 형성하는 단계에서, 상기 형광체 물질의 양은 2㎖ 이하임이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법은 상기 형광체층을 열처리하여 경화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 경화하는 단계는, 100℃ 내지 200℃에서 열처리하는 단계임이 바람직하다.

또한, 상기 제2 클래드층은, 제2 도전형 반도체 물질로 이루어진 반도체 물질층; 및 오믹콘택 형성을 위한 T-메탈층을 포함하며, 상기 형광체층을 형성하는 단계에서 상기 제2 클래드층의 상면에 형광체층을 형성하는 경우에 본 발명에 따른 형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법은 상기 형광체층의 상면의 전극을 형성하기 위한 소정 영역을 제외한 영역에 포토 레지스트를 형성하는 단계와, 상기 포토 레지스트가 형성되지 않은 영역의 형광체층을 제거하는 단계와, 상기 형광체층이 제거된 영역에 전극을 형성하는 단계 및 상기 포토 레지스트를 제거하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법을 통해 형성된 발광 다이오드의 단면도이다. 도 2를 통해 설명되는 일실시형태는 생성되는 빛이 전극의 형성된 방향으로 출사되는 방식의 발광 다이오드에 관한 것으로, 이러한 실시형태의 발광 다이오드를 이용하여 패키지가 제조되는 경우에는 와이어 본딩 방식으로 발광 다이오드와 리드 프레임이 전기적 연결된다.

먼저, 도 2a를 참조하면, 먼저 일반적인 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 따라, 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판(21)을 마련하고, 이어 상기 기판(21) 상에 제1 도전형 반도체 물질로 제1 클래드층(22)을 형성하며, 이어 상기 제1 클래드층(22) 상에 언도프된 반도체 물질로 활성층(23)을 형성하고, 이어 상기 활성층(23) 상에 제2 도전형 반도체 물질을 포함하는 제2 클래드층(24, 25)을 형성하며, 이어 상기 적어도 제2 클래드층과 활성층의 일부영역을 제거하여 상기 제1 클래드층의 일부를 노출시킨다. 이 때, 상기 제2 클래드층(24, 25)은, 제2 도전형 반도체 물질로 이루어진 반도체 물질층(24); 및 오믹콘택 형성을 위한 T-메탈층(25)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 기판(21) 상면에 순차적으로 제1 클래드층(22), 활성층(23), 제2 클래드층(24, 25)을 형성하고, 전극 형성을 위해 적어도 제2 클래드층(24, 25)과 활성층(23)의 일부영역을 제거하여 상기 제1 클래드층의 일부를 노출시킨 후 상기 제2 클래드층(24, 25) 및 상기 노출된 제1 클래드층의 상면에 형광체층(26)을 형성한다.

이 때, 상기 형광체층(26)은 스핀 코팅 방식으로, 웨이퍼 상태에서 직접 상기 제2 클래드층(24, 25) 및 노출된 제1 클래드층 상에 형성된다. 도 3은 당 실시형태에서 스핀 코팅 방식으로 형광체층을 형성하는 방법을 도시한 예시도로, 척(chuck: 33)의 상부에 웨이퍼 상태의 반도체 다이오드(31)를 올려놓는다. 이 때, 제2 클래드층 및 상기 노출된 제1 클래드층의 상면에 형광체층을 형성하게 되므로 기판이 아래쪽으로 향하게 올려놓아야 하며, 상기 척(33)의 하부로 공기가 방출되면서 상기 웨이퍼(31)는 척에 고정된다. 이어, 스포이드와 같은 기구를 이용하여 소정 양의 형광체(32)를 웨이퍼(31)의 상면에 떨어뜨린 후, 상기 척(33)을 약 1000 내지 5000RPM으로 약 10초 이상 회전시켜 웨이퍼(31) 위에 균일한 두께의 형광체를 도포하여 형광체층을 형성한다. 상기 형광체(32)의 양은 약 2㎖ 이하임이 바람직하다. 이와 같이 스핀 코팅 방식을 통해 형광체층을 형성한 후, 상기 형광체층을 100℃ 내지 200℃에서 열처리하여 경화하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 실시형태에 따른 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법은 형광체를 사용하기 때문에, 종래의 형광체와 에폭시의 합성물에서 발생하는 침전과 같은 문제가 발생하지 않고, 웨이퍼 상태에서 스핀 코팅 방식으로 형광체층을 형성하므로 균일한 두께의 형광체층을 형성할 수 있게 되므로, 형광체 물질의 분포나 두께에서 균일성을 확보할 수 있게된다. 또한, 에폭시를 사용하지 않으면서, 종래의 트랜스퍼 몰딩 방식과 같이 형광체층 형성 후 잘라내는 부분이 없기 때문에 형광체의 사용량을 감소시킬 수 있다.

상기와 같이 형광체층을 형성한 후, 외부와의 전기적 연결을 위한 전극을 형성하기 위해 형성된 형광체층의 일부를 제거해야 한다. 이를 위해, 도 2b와 같이 상기 형광체층(26)의 상면에 전극을 형성하기 위한 소정 영역을 제외한 영역에 포토 레지스트(27)를 형성한다. 이어 포토 레지스트(27)가 형성되지 않은 영역의 형광체층(26)을 제거하고 도 2c와 같이 금속 재질의 전극(28, 29)을 증착 공정 등을 통해 형성한 후 상기 포토 레지스트를 제거하여 파장변환형 발광 다이오드를 완성한다. 이와 같이 제조된 파장변환형 발광 다이오드는 활성층(23)에서 빛이 발생하여 상기 전극(28, 29)이 형성된 방향으로 방출되는 것으로, 이후 개별 칩으로 분리한 후 패키징 시 전극이 위로 향하도록 장착되어 와이어 본딩 방식으로 리드 프레임 등에 연결된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법을 통해 형성된 발광 다이오드의 단면도이다. 도 4를 통해 설명되는 실시형태는 생성되는 빛이 기판 방향으로 출사되는 방식의 발광 다이오드에 관한 것으로, 이러한 실시형태의 발광 다이오드를 이용하여 패키지가 제조되는 경우에는 플립칩 본딩 방식으로 발광 다이오드와 리드 프레임 등이 전기적 연결된다.

도 4를 참조하면, 먼저 일반적인 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 따라, 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판(41)을 마련하고, 이어 상기 기판(41) 상에 제1 도전형 반도체 물질로 제1 클래드층(42)을 형성하며, 이어 상기 제1 클래드층(42) 상에 언도프된 반도체 물질로 활성층(43)을 형성하고, 이어 상기 활성층(43) 상에 제2 도전형 반도체 물질을 포함하는 제2 클래드층(44, 45)을 형성하며, 이어 상기 적어도 제2 클래드층과 활성층의 일부영역을 제거하여 상기 제1 클래드층의 일부를 노출시킨다. 이 때, 상기 제2 클래드층(44, 45)은, 제2 도전형 반도체 물질로 이루어진 반도체 물질층(44); 및 오믹콘택 형성을 위한 T-메탈층(45)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 기판(41) 상면에 순차적으로 제1 클래드층(42), 활성층(43), 제2 클래드층(44, 45)을 형성하고, 전극 형성을 위해 적어도 제2 클래드층(44, 45)과 활성층(43)의 일부영역을 제거하여 상기 제1 클래드층의 일부를 노출시킨 후 상기 기판(41)의 배면에 형광체층(46)을 형성한다.

앞서 도 2를 통해 설명된 실시형태와 마찬가지로 본 실시형태 역시 도 5에 도시된 것과 같이 스핀 코팅 방식을 이용하여 형광체층을 형성한다. 다만, 본 실시형태에서는 기판의 배면에 형광체층이 형성되므로, 웨이퍼 상태의 발광 다이오드(51)의 기판 측이 위로 향하도록 척(53) 위에 웨이퍼를 올려놓게 된다. 이 때, 상기 척(53)의 하부로 공기가 방출되면서 상기 웨이퍼(51)는 척(53)에 고정된다. 이어, 스포이드와 같은 기구를 이용하여 소정 양의 형광체(52)를 웨이퍼 상태의 발광 다이오드(51)의 기판 배면에 떨어뜨린 후, 상기 척(53)을 약 1000 내지 5000RPM으로 약 10초 이상 회전시켜 균일한 두께의 형광체를 도포하여 형광체층을 형성한다. 상기 형광체(52)의 양은 약 2ml 이하임이 바람직하다. 이와 같이 스핀 코팅 방식을 통해 형광체층을 형성한 후, 상기 형광체층을 100℃ 내지 200℃에서 열처리하여 경화하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에서는 활성층(43)에서 생성된 빛은 기판 측으로 방출되기 때문에 앞서 도 2를 통해 설명한 실시형태와 같이 포토 레지스트를 이용한 포토 리소그래피 공정이 사용되지 않는다. 또한, 본 실시형태에 따른 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법은 형광체를 사용하기 때문에, 종래의 형광체와 에폭시의 합성물에서 발생하는 침전과 같은 문제가 발생하지 않고, 웨이퍼 상태에서 스핀 코팅 방식으로 형광체층을 형성하므로 균일한 두께의 형광체층을 형성할 수 있게 되므로, 형광체 물질의 분포나 두께에서 균일성을 확보할 수 있게된다. 또한, 에폭시를 사용하지 않으면서, 종래의 트랜스퍼 몰딩 방식과 같이 형광체층 형성 후 잘라내는 부분이 없기 때문에 형광체의 사용량을 감소시킬 수 있다.

이어 상기 제2 클래드층(44, 45)의 상부 및 기 적어도 제2 클래드층(44, 45)과 활성층(43)의 일부영역이 제거된 제1 클래드층 상부에 각각 전극(48, 49)을 증착 공정 등을 통해 형성시켜 반도체 발광 다이오드가 완성된다. 본 실시형태에서 전극(48, 49)의 형성은 상기 형광체층(46)의 형성 이전이 실시되어도 무관하다. 이와 같이 제조된 파장변환형 발광 다이오드는 활성층(43)에서 빛이 발생하여 상기 기판(41) 방향으로 방출되는 것으로, 이후 개별 칩으로 분리한 후 패키징 시 전극이 하부에 위치하여 직접 리드 프레임 등과 연결되는 플립칩 본딩 방식이 사용된다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 소량의 형광체를 웨이퍼 상태의 반도체 발광 다이오드에 스핀 코팅 방식으로 도포함으로써, 형성되는 형광체층의 두께를 균일화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 형광체 물질과 에폭시의 합성물을 사용하지 않기 때문에 형광체층의 성분을 균일화할 수 있는 효과가 있다. 이를 통해 반도체 발광 다이오드의 성능 및 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 나아가, 사용되는 형광체 물질의 양을 감소시켜 제품 원가를 절감할 수 있는 우수한 효과가 있다.

도 1은 종래의 파장변환형 발광 다이오드의 형광체층 형성 방법을 도시한 공정도이다.

도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법을 통해 형성된 발광 다이오드의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법에서 형광체층을 형성하는 일례를 도시한 예시도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법을 통해 제조된 발광 다이오드의 단면도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 파장변환형 발광 다이오드의의 제조 방법에서 형광체층을 형성하는 일례를 도시한 예시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

21, 41 : 기판 22, 42 : 제1 클래드층

23, 43 : 활성층 24, 44 : 제2 클래드층

25, 45 : T-메탈층 26, 46 : 형광체층

27 : 포토레지스트 32, 52 : 형광체

33, 53 : 척(chuck)

Claims

반도체 물질을 성장시키기 위한 기판을 마련하는 단계;

상기 기판 상에 제1 도전형 반도체 물질로 제1 클래드층을 형성하는 단계;

상기 제1 클래드층 상에 언도프된 반도체 물질로 활성층을 형성하는 단계;

상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체 물질을 포함하는 제2 클래드층을 형성하는 단계;

상기 적어도 제2 클래드층과 활성층의 일부영역을 제거하여 상기 제1 클래드층의 일부를 노출시키는 단계;

상기 제2 클래드층 및 상기 노출된 제1 클래드층의 상면 또는 상기 기판의 배면에 소정 양의 형광체 물질을 떨어뜨려 스핀 코팅 방식으로 형광체층을 형성하는 단계를 포함하는 형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 형광체층을 형성하는 단계는,

1000RPM 내지 5000RPM의 속도로 적어도 10초 이상의 회전을 통한 스핀 코팅 방식으로 형광체층을 형성하는 단계임을 특징으로 하는 형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 형광체층을 형성하는 단계에서,

상기 형광체 물질의 양은 2㎖ 이하임을 특징으로 하는 형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 형광체층을 열처리하여 경화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 경화하는 단계는,

100℃ 내지 200℃에서 열처리하는 단계임을 특징으로 하는 형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 클래드층은,

제2 도전형 반도체 물질로 이루어진 반도체 물질층; 및

오믹콘택 형성을 위한 T-메탈층을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 형광체층을 형성하는 단계에서 상기 제2 클래드층의 상면에 형광체층을 형성하는 경우,

상기 형광체층의 상면에 전극을 형성하기 위한 소정 영역을 제외한 영역에 포토 레지스트를 형성하는 단계;

상기 포토 레지스트가 형성되지 않은 영역의 형광체층을 제거하는 단계;

상기 형광체층이 제거된 영역에 전극을 형성하는 단계; 및

상기 포토 레지스트를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법.