KR20090002835A - 질화물계 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

질화물계 발광 소자 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20090002835A
KR20090002835A KR1020070067123A KR20070067123A KR20090002835A KR 20090002835 A KR20090002835 A KR 20090002835A KR 1020070067123 A KR1020070067123 A KR 1020070067123A KR 20070067123 A KR20070067123 A KR 20070067123A KR 20090002835 A KR20090002835 A KR 20090002835A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light emitting
emitting device
layer
pattern
semiconductor layer
Prior art date
Application number
KR1020070067123A
Other languages
English (en)
Inventor
원유호
김근호
Original Assignee
엘지전자 주식회사
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사, 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020070067123A priority Critical patent/KR20090002835A/ko
Priority to EP08778586.1A priority patent/EP2171772B1/en
Priority to PCT/KR2008/003922 priority patent/WO2009005311A2/en
Priority to CN200880025457.0A priority patent/CN101755347B/zh
Priority to US12/667,488 priority patent/US8138513B2/en
Publication of KR20090002835A publication Critical patent/KR20090002835A/ko
Priority to US13/396,192 priority patent/US9614132B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/508—Wavelength conversion elements having a non-uniform spatial arrangement or non-uniform concentration, e.g. patterned wavelength conversion layer, wavelength conversion layer with a concentration gradient of the wavelength conversion material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/14—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of a plurality of bump connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/49105—Connecting at different heights
    • H01L2224/49107—Connecting at different heights on the semiconductor or solid-state body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/85909—Post-treatment of the connector or wire bonding area
    • H01L2224/8592—Applying permanent coating, e.g. protective coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0041—Processes relating to semiconductor body packages relating to wavelength conversion elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/505—Wavelength conversion elements characterised by the shape, e.g. plate or foil

Abstract

본 발명은 질화물계 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 색 재현성 및 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 질화물계 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 질화물계 발광 소자에 있어서, 다층 구조의 반도체층과; 상기 반도체층 상에 위치하며, 패턴을 가지는 형광체층을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
발광 소자, 형광체, 패턴, LED, 백색.

Description

질화물계 발광 소자 및 그 제조방법 {Nitride light emitting device and method of making the same}
본 발명은 질화물계 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 색 재현성 및 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 질화물계 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 발광 다이오드(Light Emitign Diode : LED)와 같은 발광 소자는 점점 휘도가 증가함으로써 디스플레이용 광원, 조명/자동차 광원으로 사용되어 지고 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하다.
이러한 목적으로 LED를 응용하기 위해서는 소자의 동작 전압이 낮아야 하고 발광 효율과 휘도가 높아야 한다. 이때의 발광 효율은 내부 발광 효율과 외부 발광 효율로 나눌 수 있는데, 내부 발광 효율은 발광 소자를 구성하는 반도체 물질의 결함과 관계있는 부분이며, 외부 발광 효율은 반도체 물질로부터 발광된 빛이 반도체 물질의 외부 환경으로 나오는 효율을 가리키는 것으로, 반도체 물질과 발광 소자를 둘러싸는 환경을 구성하는 물질의 굴절률 차이에 기인하는 전반사와 관련되어 진 다.
용도가 가장 많은 백색 발광 다이오드를 구현하는 방법 중 가장 일반적인 방법은 청색 발광 다이오드에 황색 형광체를 이용하여 파장 변환을 꾀하여 청색광과 황색광이 조합되어 백색 광원을 구현하는데, 이러한 방법은 형광체층의 효율은 백색 구현에 있어서 크게 영향을 받게 된다.
일반적인 형광체층을 이용하는 백색 발광 다이오드의 구조는, 도 1에서와 같이, 패키지를 이루어 제작되며, 도전성 금속으로 이루어진 리드 프레임(Lead Frame) 구조물(1)에 LED(2)를 접합 수지를 이용하여 다이본딩하고, LED(2) 상측을 실리콘, 에폭시 등의 복합 수지로 이루어지는 충진재(3)를 몰딩하는 것이다.
이때, 백색을 구현하기 위해서 형광체 분말을 몰딩용 충진재(3)에 혼합하여 LED(2)가 접합된 리드 프레임 패키지에 몰딩한다.
이와 같은 백색 발광 다이오드 패키지는, 청색 LED(1)에서 방사된 일부의 청색 빛은 투과하고, 나머지 빛은 충진재(3)에 포함된 형광체와 충돌하여 형광체를 여기(excitation)하여 황색의 빛을 방사하고, 청색과 황색의 빛은 혼합되어 백색의 빛이 나오게 된다.
이러한 구조는 빛이 패키지의 외부 표면에 도달할 때의 경로차가 발생하여 균일한 빛을 구할 수 없는 단점이 있으며, 충진재(3) 내에 포함된 형광체의 불균일에 기인하여 색 재현성이 저하될 수 있다.
한편, 도 2에서 도시하는 구조는 기판(4) 위에 발광 구조물(5)이 형성되고, 이 발광 구조물(5) 위에 반사도가 높은 반사 전극(6)이 형성된 구조로서, 형광 박 막(7)이 반사 전극(6)이 형성된 면의 반대 면에 형성되어 있는 구조이다. 그러나 이러한 구조는 색 변환 효율이 저하될 수 있다.
또한, 도 3에서 도시하는 구조는 LED(2)가 서브 마운트(8)에 놓이고 스텐실을 이용하거나 전기이동 방법을 이용하여 소자의 측면에도 형광체(9)가 형성되도록 하는 구조이다.
이러한 스텐실을 이용하는 구조는 측면에 대칭되게 형광 박막을 형성하기가 어렵고 전기분해 방법은 시드 금속을 이용하여야 하므로 LED(2)의 광 추출에 소모되는 전력 중 손실이 발생할 수 있다.
이와 같은 도 2 및 도 3에서 제시된 백색 발광 소자의 구조는 LED 위에 형광체 박막이 형성된 구조로 색 편차를 줄일 수 있는 구조이나, 형광체 박막이 형성된 LED를 패키지에 실장하고 표면 보호 및 추출 효율 향상을 위하여 사용하는 에폭시나 실리콘 젤을 충진하였을 때 임계각보다 큰 입사각을 갖는 빛은 외부로 탈출하지 못하고 패키지 내에 갇혀 있게 되므로 발광 효율이 저하되게 되는 문제점을 내포하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 발광 소자 상에 형성된 형광체층의 광 추출 효율(extraction efficiency)을 향상시킬 수 있는 질화물계 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위해, 본 발명은, 질화물계 발광 소자에 있어서, 다층 구조의 반도체층과; 상기 반도체층 상에 위치하며, 패턴을 가지는 형광체층을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 형광체층은, 상기 반도체층의 측면을 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 형광체층의 패턴의 단위 형상은, 원기둥, 도넛, 반구, 육각기둥, 사각기둥, 격자무늬, 사면체, 피라미드형 중 어느 하나일 수 있다.
한편, 상기 형광체층의 패턴은, 규칙적으로 위치하는 홀에 의하여 형성될 수도 있다. 이때, 상기 홀은 형광체층의 전체 두께 중 일부에 형성될 수 있고, 또한 형광체층의 전체에 걸쳐 형성되어 반도체층에 이르는 깊이를 가질 수도 있다.
상기 형광체층의 패턴의 단위 형상의 주기는 0.8 내지 5㎛이고, 상기 단위 형상의 높이는 300nm 내지 3000nm이며, 상기 단위 형상의 크기는, 상기 주기를 a라 할 때, 0.25a 내지 0.45a일 수 있다.
한편, 상기 반도체층은, 금속 또는 반도체로 형성된 지지층과; 상기 지지층 상에 위치하는 오믹전극층 상에 위치하여, 수직형 발광 소자 구조를 이룰 수 있다.
반면에, 상기 반도체층은, 절연성 기판 상에 위치하여 수평형 발광 소자 구조를 이룰 수도 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 다른 관점으로서, 본 발명은, 기판 상에 다층 구조의 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 반도체층의 제1면에 제1전극을 형성하는 단계와; 상기 반도체층의 제2면에 제2전극을 형성하는 단계와; 상기 반도체층의 제1면 상에 형광체층을 형성하는 단계와; 상기 형광체층에 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 패턴을 형성하는 단계는, 식각 또는 리프트 오프 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 형광체층에 형성된 패턴을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 기판 상에 다층 구조의 반도체층을 형성하는 단계 후에는 단위 소자 구분영역을 식각하는 단계를 더 포함할 수 있고, 이때, 상기 식각된 단위 소자 구분영역에 형광체층이 채워질 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
첫째, 발광 소자 상에 형광체층 패턴이 형성되어 광이 추출될 수 있는 입사각이 커지게 되어 형광체층에서 빠져나올 수 있는 광량이 더 많아지게 된다.
둘째, 이러한 형광체층은 광결정(photonic crystal) 또는 표면 거칠기(Grating)의 효과에 의하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
셋째, 패키지 제조 과정에서 추가적으로 형광체를 코팅하는 공정이 없어도, 적색, 청색, 녹색 등의 다양한 색상을 발광하는 발광 소자를 제조할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 도면들에서 층들 및 영역들의 치수는 명료성을 위해 과장되어있다. 또한 여기에서 설명되는 각 실시예는 상보적인 도전형의 실시예를 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 표면과 같은 구성 요소의 일부가 '내부(inner)'라고 표현된다면 이것은 그 요소의 다른 부분들 보다도 소자의 외측으로부터 더 멀리 있다는 것을 의미한다고 이해할 수 있을 것이다.
나아가 '아래(beneath)' 또는 '중첩(overlies)'과 같은 상대적인 용어는 여기에서는 도면에서 도시된 바와 같이 기판 또는 기준층과 관련하여 한 층 또는 영역과 다른 층 또는 영역에 대한 한 층 또는 영역의 관계를 설명하기 위해 사용될 수 있다.
이러한 용어들은 도면들에서 묘사된 방향에 더하여 소자의 다른 방향들을 포함하려는 의도라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 마지막으로 '직접(directly)'라는 용어는 중간에 개입되는 어떠한 요소가 없다는 것을 의미한다. 여기에서 사용되는 바와 같이 '및/또는'이라는 용어는 기록된 관련 항목 중의 하나 또는 그 이상의 어느 조합 및 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할것이다.
이러한 용어들은 단지 다른 영역, 층 또는 지역으로부터 어느 하나의 요소, 성분, 영역, 층 또는 지역들을 구분하기 위해 사용되는 것이다. 따라서 아래에서 논의된 제1 영역, 층 또는 지역은 제2 영역, 층 또는 지역이라는 명칭으로 될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 예를 들어, 사파이어(Al2O3)계 기판과 같은 비도전성 기판상에 형성된 질화갈륨(GaN)계 발광 소자를 참조하여 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 이러한 구조에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들은 도전성 기판을 포함하여 다른 기판을 사용할 수 있다. 따라서 GaP 기판상의 AlGaInP 다이오드, SiC 기판상의 GaN 다이오드, SiC 기판상의 SiC 다이오드, 사파이어 기판상의 SiC 다이오드, 및/또는 GaN, SiC, AlN, ZnO 및/또는 다른 기판상의 질화물계 다이오드 등의 조합이 포함될 수 있다. 더구나 본 발명은 활성영역은 다이오드 영역의 사용에 한정되는 것은 아니다. 또한 활성영역의 다른 형태들이 본 발명의 일부 실시예들에 따라서 사용될 수도 있다.
도 4에서 도시하는 바와 같이, 발광 소자 구조를 이루는 다층 구조의 반도체층(10) 상에 패턴(21)을 가지는 형광체층(20)이 형성된다. 이러한 패턴(21)을 가지는 형광체층(20)은 발광 소자 칩 제작 공정 중에 형성할 수 있다.
이러한 형광체층(20)의 패턴(21)의 단위 형상은, 원(circle), 도넛(donut), 와플(waffle), 벌집(honeycomb), 사각(square)형을 기본 도형으로 하는 입체 형상으로 형성될 수 있다.
따라서 이러한 패턴(21)의 단위 형상은 이러한 원(circle), 도넛(donut), 와플(waffle), 벌집(honeycomb), 사각(square )형의 형상을 갖는 홀 형상으로 이루어질 수 있고, 또한, 원기둥, 도넛, 반구, 육각기둥, 사각기둥, 격자무늬, 사면체, 피라미드형과 같은 입체 형상 중 어느 하나일 수 있다.
이때, 이러한 형광체층(20)의 패턴(21)은 도 4에서와 같이, 형광체층(20)의 전체의 깊이로 형성되어 반도체층(10)에 이르는 깊이를 가질 수도 있다.
한편, 도 5에서와 같이, 형광체층(20)의 전체 두께 중 일부의 깊이로 형성될 수도 있다. 또한 도 6에서와 같이, 반도체층(10)의 측면(23)에도 형광체층(20)이 형성될 수 있다.
이러한 형광체층(20)의 패턴(21)의 단위 형상의 주기는 0.8 내지 5㎛일 수 있다. 이때, 단위 형상의 높이는 300nm 내지 3000nm일 수 있으며, 이러한 단위 형상의 크기는, 주기를 a라 할 때, 0.25a 내지 0.45a일 수 있다.
즉, 이러한 형광체층(20)의 패턴(21)이 상술한 주기적인 구조를 가질 때, 광결정 역할을 수행할 수 있어, 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 도 7에서와 같이, 반도체층(10) 상에 단면이 원형(반구형)인 패턴(22)이 형성된 형광체층(20)을 형성할 수 있다. 이러한 패턴(22)을 가지는 형광체층(20)은 발광 소자 칩 제작 공정 중에 형성할 수 있다.
이러한 반구형 형상을 가지는 패턴(22)은 형광체층(20)을 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition), ALD(atomic layer deposition), RF-sputter, e-beam evaporator, thermal evaporator 등의 방법을 이용하여 형성하고 사진 식각 공정을 이용하여 감광막을 패터닝한 후, 열처리 공정을 실시하면 감광막이 원형의 모양(단면 기준)으로 형성(reflow)된다.
이와 같이, 단면이 원형의 모양으로 패터닝된 감광막을 마스크로 하여 형광체층(20)을 식각하면(이때, 형광체층(20)를 식각하는 용액이 감광막도 비슷한 비율로 식각되는 용액을 선정하여야 한다.) 감광막과 같은 형태의 형광체층(20) 패턴(22)을 얻을 수 있다.
일정 두께의 형광체층(20)을 증착하고 상술한 공정을 반복하면 도 8과 같은 패턴(22)을 갖는 형광체층(20) 구조를 얻을 수 있다. 또한, 도 9에서와 같이, 반도체층(10)의 측면(23)에도 형광체층(20)을 형성할 수 있다.
도 10은 상술한 백색 발광 소자 칩(30)을 패키지(40)에 실장한 구조를 나타 낸 것으로, 패턴(21)을 가지는 형광체층(20)을 포함하는 발광 소자 칩(30)을 패키지(40) 중앙에 부착하고, 발광 소자 칩(30) 보호를 위한 충진재(41)를 디스펜싱 또는 스크린 프린팅 방법 등을 이용하여 코팅한 상태를 나타내고 있다.
이러한 패턴(21)이 형성된 형광체층(20)은 발광 소자 패키지의 종류에 관계없이 적용 가능하며 발광 소자의 광 추출 효율을 높일 수 있다. 또한 발광 소자 칩(30)의 경우, 수평형, 플립칩 형, 수직형 구조에 모두 적용 가능하며, 형광체층(20)은 청색 여기용 황색 형광체(YAG, TAG, silicate, nitride, sulfide, selenide, etc.)와 자외선 여기용 형광체(청색 발광, 녹색 발광, 적색 발광 형광체) 등이 가능하여, 백색, 청색, 녹색, 적색 등 원하는 색의 발광 소자 구현이 가능하다.
상술한 바와 같이 패턴(21)을 가지는 형광체층은 광 추출 효율이 향상되는 효과를 볼 수 있다. 또한 발광 소자 칩(30) 상에 직접 형성시키도록 하여, 균일한 색 구현이 가능하다.
따라서 이러한 발광 소자는 광 추출 효율이 우수하며, 균일한 색 구현이 가능한 발광 소자를 필요로 하는 모바일(휴대폰, 디지털 카메라, MP3), 장식 조명, 자동차 전장, LCD용 백라이트 등에 적용할 수 있다.
이하, 이러한 발광 소자를 제조하는 과정을 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 11에서와 같이, 기판(50) 상에 다층 구조의 반도체층(10)을 형성한다. 이러한 반도체층(10)은 n-형 반도체층(11), 발광층(12), 및 p-형 반도체층(13)으로 이루어질 수 있다.
이후, 도 12에서와 같이, n-형 반도체층(11)의 일부가 드러나도록 식각(mesa etching)한 후에 p-형 반도체층(13)과 n-형 반도체층(11)에 각각 p-형 전극(14)과 n-형 전극(15)을 형성한다.
다음에는, 이러한 전극(14, 15)을 제외한 부분에 상술한 MOCVD, ALD, RF-sputter, e-beam evaporator, thermal evaporator 등의 방법을 이용하여 형광체층(20)을 형성한다.
이와 같이 형성된 형광체층(20)은 감광막(도시되지 않음)을 이용하여 패터닝되고, HF, HNO 등의 적절한 식각 용액을 이용하여 0.5 내지 수십 ㎛의 깊이로 식각하여 패턴(21)을 형성한다. 이후, 식각이 끝나면 감광막을 제거하여, 도 13과 같은 구조를 이룬다.
이러한 구조에서 형광체층(20)이 없는 부분은 청색 광이 발광되고 형광체층(20)을 통과한 청색 광은 황색 파장으로 변환되어 두 광이 혼합되어 백색 광원을 형성할 수 있다.
한편, 도 11과 같이, 기판(50) 상에 반도체층(10)이 형성된 상태에서, 도 14에서와 같이, 단위 소자 구분영역(16)을 식각(trench etching)하여 구분하고 그 이후의 과정을 진행할 수 있다.
이와 같이 단위 소자 구분영역(16)이 구분된 상태에서, 도 15에서와 같이, 상술한 바와 동일하게 n-형 반도체층(11)의 일부분이 드러나도록 식각(mesa etching)을 수행하고, 이와 같이 n-형 반도체층(11)의 드러난 부분에 n-형 전극(15)을 형성하고, p-형 반도체층(13) 상에는 p-형 전극(14)을 형성한다.
이후, 형광체층(20)을 단위 소자 구분영역(16)을 포함하여 반도체층(10) 상에 형성한다. 이때, 전극(14, 15)이 형성된 부분에는 형광체층(20)을 형성하지 않는다.
다음에, 이와 같이 형성된 형광체층(20) 상에 패턴(21)을 형성하면 도 16과 같은 상태가 된다.
이때, 단위 소자 구분영역(16)을 따라 다이싱(dicing)을 하면 도 6 또는 도 9에서와 같이, 반도체층(20)의 측면에도 형광체층(20)이 형성되게 된다.
다음에는 수직형 발광 소자 구조를 형성하는 과정을 설명한다.
도 17에서와 같이, 기판(70) 상에 다층 구조의 반도체층(60)을 형성하고, 단위 소자 구분영역(64)을 식각한다. 이러한 반도체층(60)은 n-형 반도체층(61), 발광층(62), 및 p-형 반도체층(63)으로 이루어질 수 있다.
이후, 도 18에서 도시하는 바와 같이, p-형 반도체층(61) 상에는 오믹전극층(80)과 지지층(81)을 형성한다. 이러한 오믹전극층(80)은 반사전극 또는 결합금속 역할을 겸할 수 있고, 지지층(81)은 반도체 또는 금속으로 이루어질 수 있다.
또한, 단위 소자 구분영역(64)에는 포토 레지스트와 같은 물질로 이루어지는 패시베이션(65)이 채워질 수 있다.
다음에는 레이저를 조사하거나 또는 식각에 의하여 상기 기판(70)이 제거되고, 이와 같이 기판(70)이 제거되어 드러난 n-형 반도체층(61) 상에는, 도 19에서와 같이, n-형 전극(82)이 형성된다.
이러한 n-형 전극(82)을 제외한 n-형 반도체층(61) 상에는 형광체층(90)이 형성되고, 이 형광체층(90)은 상술한 과정에 의하여 패터닝되어 패턴(91)이 형성된다.
이와 같이, 형광체층(90)에 패턴(91)이 형성될 경우, 광이 추출될 수 있는 입사각이 커지게 되어 형광체층(90)에서 빠져나올 수 있는 광량이 더 많아지게 된다. 따라서 이러한 패턴(91)이 형성된 형광체층(90)은 광결정(photonic crystal) 또는 표면 거칠기(Grating)의 효과에 의하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 발광 소자 제조 공정에서 패턴(91)을 가지는 형광체층(90)을 형성하는 경우, 패키지 제조 과정에서 추가적으로 형광체를 코팅하는 공정이 없어도, 적색, 청색, 녹색 발광 소자 패키지 및 그 외의 다양한 색상을 발광할 수 있는 발광 소자를 제조할 수 있다.
상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.
도 1은 백색 발광 소자 패키지의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 백색 발광을 위한 발광 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3은 백색 발광을 위한 발광 소자의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 제1실시예를 나타내는 단면도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제2실시예를 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 패키지 적용예를 나타내는 개략도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 제조방법의 제1실시예를 나타내는 단면도이다.
도 14 내지 도 16은 본 발명의 제조방법의 제2실시예를 나타내는 단면도이다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 제조방법의 제3실시예를 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
10, 60 : 반도체층 20, 90 : 형광체층
30 : 발광 소자 칩 40 : 패키지
50, 70 : 기판 80 : 오믹전극층
81 : 지지층

Claims (13)

  1. 질화물계 발광 소자에 있어서,
    다층 구조의 반도체층과;
    상기 반도체층 상에 위치하며, 패턴을 가지는 형광체층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 형광체층은, 상기 반도체층의 측면을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 형광체층의 패턴의 단위 형상은, 원기둥, 도넛, 반구, 육각기둥, 사각기둥, 격자무늬, 사면체, 피라미드형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 형광체층의 패턴은, 규칙적으로 위치하는 홀에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 홀의 깊이는, 상기 반도체층에 이르는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 형광체층의 패턴의 단위 형상의 주기는 0.8 내지 5㎛이고, 상기 단위 형상의 높이는 300nm 내지 3000nm이며, 상기 단위 형상의 크기는, 상기 주기를 a라 할 때, 0.25a 내지 0.45a인 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 반도체층은,
    금속 또는 반도체로 형성된 지지층과;
    상기 지지층 상에 위치하는 오믹전극층 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 반도체층은, 절연성 기판 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.
  9. 기판 상에 다층 구조의 반도체층을 형성하는 단계와;
    상기 반도체층의 제1면에 제1전극을 형성하는 단계와;
    상기 반도체층의 제2면에 제2전극을 형성하는 단계와;
    상기 반도체층의 제1면 상에 형광체층을 형성하는 단계와;
    상기 형광체층에 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 형광체층에 패턴을 형성하는 단계는, 식각 또는 리프트 오프 공정을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 형광체층에 형성된 패턴을 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자의 제조방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 기판 상에 다층 구조의 반도체층을 형성하는 단계 후에는 단위 소자 구분영역을 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 식각된 단위 소자 구분영역에 형광체층이 채워지는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자의 제조방법.
KR1020070067123A 2007-07-04 2007-07-04 질화물계 발광 소자 및 그 제조방법 KR20090002835A (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070067123A KR20090002835A (ko) 2007-07-04 2007-07-04 질화물계 발광 소자 및 그 제조방법
EP08778586.1A EP2171772B1 (en) 2007-07-04 2008-07-03 Phosphor-converted light emitting diode and package incorporating the same
PCT/KR2008/003922 WO2009005311A2 (en) 2007-07-04 2008-07-03 Light emitting device and method of fabricating the same
CN200880025457.0A CN101755347B (zh) 2007-07-04 2008-07-03 发光装置及其制造方法
US12/667,488 US8138513B2 (en) 2007-07-04 2008-07-03 Light emitting device and method of fabricating the same
US13/396,192 US9614132B2 (en) 2007-07-04 2012-02-14 Light emitting device and method of fabricating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070067123A KR20090002835A (ko) 2007-07-04 2007-07-04 질화물계 발광 소자 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090002835A true KR20090002835A (ko) 2009-01-09

Family

ID=40226671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070067123A KR20090002835A (ko) 2007-07-04 2007-07-04 질화물계 발광 소자 및 그 제조방법

Country Status (5)

Country Link
US (2) US8138513B2 (ko)
EP (1) EP2171772B1 (ko)
KR (1) KR20090002835A (ko)
CN (1) CN101755347B (ko)
WO (1) WO2009005311A2 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120045882A (ko) * 2010-11-01 2012-05-09 삼성엘이디 주식회사 반도체 발광소자
KR20170103853A (ko) * 2015-02-05 2017-09-13 서울대학교산학협력단 발광소자 및 발광소자의 제조방법
EP2323185B1 (en) * 2009-11-12 2018-02-14 LG Innotek Co., Ltd. Light emitting device and method for manufacturing the same
KR101992812B1 (ko) * 2019-05-27 2019-06-25 한화시스템 주식회사 안테나

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4829190B2 (ja) * 2007-08-22 2011-12-07 株式会社東芝 発光素子
KR101383357B1 (ko) * 2007-08-27 2014-04-10 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 패키지 및 그 제조방법
KR100993045B1 (ko) * 2009-10-23 2010-11-08 엘지이노텍 주식회사 발광소자 칩 및 발광소자 패키지
US7994531B2 (en) * 2009-04-02 2011-08-09 Visera Technologies Company Limited White-light light emitting diode chips and fabrication methods thereof
KR101007145B1 (ko) * 2010-01-14 2011-01-10 엘지이노텍 주식회사 발광소자 칩, 발광소자 패키지 및 발광소자 칩의 제조방법
KR101039880B1 (ko) * 2010-04-28 2011-06-09 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 발광소자 패키지
US8847198B2 (en) * 2011-05-26 2014-09-30 Micron Technology, Inc. Light emitting devices with built-in chromaticity conversion and methods of manufacturing
US8952395B2 (en) * 2011-07-26 2015-02-10 Micron Technology, Inc. Wafer-level solid state transducer packaging transducers including separators and associated systems and methods
US8497146B2 (en) 2011-08-25 2013-07-30 Micron Technology, Inc. Vertical solid-state transducers having backside terminals and associated systems and methods
CN103022274B (zh) * 2011-09-22 2016-04-13 比亚迪股份有限公司 一种led芯片及其制造方法
CN105940508B (zh) 2014-02-28 2019-01-11 松下知识产权经营株式会社 发光器件以及发光装置
CN105940494A (zh) 2014-02-28 2016-09-14 松下知识产权经营株式会社 发光器件以及发光装置
WO2015129224A1 (ja) 2014-02-28 2015-09-03 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光装置
US9618697B2 (en) 2014-02-28 2017-04-11 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Light directional angle control for light-emitting device and light-emitting apparatus
US10031276B2 (en) 2015-03-13 2018-07-24 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Display apparatus including photoluminescent layer
JP6569856B2 (ja) 2015-03-13 2019-09-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光装置および内視鏡
US10182702B2 (en) 2015-03-13 2019-01-22 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Light-emitting apparatus including photoluminescent layer
JP2016171228A (ja) 2015-03-13 2016-09-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光素子、発光装置および検知装置
JP2017003697A (ja) 2015-06-08 2017-01-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光素子および発光装置
JP2017005054A (ja) 2015-06-08 2017-01-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光装置
JP2017040818A (ja) 2015-08-20 2017-02-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光素子
US10359155B2 (en) 2015-08-20 2019-07-23 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Light-emitting apparatus
JP6719094B2 (ja) 2016-03-30 2020-07-08 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光素子
CN108886072A (zh) 2016-04-05 2018-11-23 飞利浦照明控股有限公司 具有带有疏水性纳米结构的波长转换层的光转换设备
US11177417B2 (en) * 2017-02-13 2021-11-16 Nichia Corporation Light emitting device including phosphor layer with protrusions and recesses and method for manufacturing same
JP6645486B2 (ja) 2017-02-13 2020-02-14 日亜化学工業株式会社 発光装置およびその製造方法
CN116357903A (zh) * 2018-05-24 2023-06-30 美题隆公司 白光磷光体装置

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09153645A (ja) * 1995-11-30 1997-06-10 Toyoda Gosei Co Ltd ３族窒化物半導体発光素子
US6184544B1 (en) 1998-01-29 2001-02-06 Rohm Co., Ltd. Semiconductor light emitting device with light reflective current diffusion layer
JP3469484B2 (ja) * 1998-12-24 2003-11-25 株式会社東芝 半導体発光素子およびその製造方法
KR100499129B1 (ko) 2002-09-02 2005-07-04 삼성전기주식회사 발광 다이오드 및 그 제조방법
TWI292961B (en) * 2002-09-05 2008-01-21 Nichia Corp Semiconductor device and an optical device using the semiconductor device
WO2004040661A2 (de) * 2002-10-30 2004-05-13 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zum herstellen einer leuchtdioden-lichtquelle mit lumineszenz-konversionselement
US6744196B1 (en) * 2002-12-11 2004-06-01 Oriol, Inc. Thin film LED
KR20050034936A (ko) * 2003-10-10 2005-04-15 삼성전기주식회사 형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드 패키지 및제조방법
KR20050034812A (ko) * 2003-10-10 2005-04-15 삼성전기주식회사 형광체를 이용한 파장변환형 발광 다이오드의 제조 방법
KR100613273B1 (ko) * 2003-12-30 2006-08-18 주식회사 이츠웰 발광 다이오드 및 그 제조 방법
US7560820B2 (en) * 2004-04-15 2009-07-14 Saes Getters S.P.A. Integrated getter for vacuum or inert gas packaged LEDs
US6956247B1 (en) * 2004-05-26 2005-10-18 Lumileds Lighting U.S., Llc Semiconductor light emitting device including photonic band gap material and luminescent material
EP1759145A1 (en) 2004-05-28 2007-03-07 Tir Systems Ltd. Luminance enhancement apparatus and method
US7553683B2 (en) * 2004-06-09 2009-06-30 Philips Lumiled Lighting Co., Llc Method of forming pre-fabricated wavelength converting elements for semiconductor light emitting devices
CN2708509Y (zh) * 2004-06-21 2005-07-06 李洲科技股份有限公司 发光二极体的晶片覆层构造
CN1734798B (zh) * 2004-08-02 2010-04-28 晶元光电股份有限公司 具有透明导电层的全方位反射器发光二极管
US20070285000A1 (en) * 2004-09-10 2007-12-13 Luminus Devices, Inc. Polarization recycling illumination assembly and methods
US20060056024A1 (en) * 2004-09-15 2006-03-16 Ahn Seh W Wire grid polarizer and manufacturing method thereof
JP2006086469A (ja) * 2004-09-17 2006-03-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体発光装置、照明モジュール、照明装置及び半導体発光装置の製造方法
US7372198B2 (en) * 2004-09-23 2008-05-13 Cree, Inc. Semiconductor light emitting devices including patternable films comprising transparent silicone and phosphor
DE102004047727B4 (de) * 2004-09-30 2018-01-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh Lumineszenzdiodenchip mit einer Konverterschicht und Verfahren zur Herstellung eines Lumineszenzdiodenchips mit einer Konverterschicht
US7462502B2 (en) * 2004-11-12 2008-12-09 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Color control by alteration of wavelength converting element
US20060204865A1 (en) * 2005-03-08 2006-09-14 Luminus Devices, Inc. Patterned light-emitting devices
US20070034886A1 (en) * 2005-08-11 2007-02-15 Wong Boon S PLCC package with integrated lens and method for making the package
KR100723233B1 (ko) 2006-03-31 2007-05-29 삼성전기주식회사 백색 발광 소자
US7955531B1 (en) * 2006-04-26 2011-06-07 Rohm And Haas Electronic Materials Llc Patterned light extraction sheet and method of making same
KR100851636B1 (ko) * 2006-07-27 2008-08-13 삼성전기주식회사 표면실장형 발광다이오드 소자
US9159888B2 (en) * 2007-01-22 2015-10-13 Cree, Inc. Wafer level phosphor coating method and devices fabricated utilizing method
KR100862532B1 (ko) * 2007-03-13 2008-10-09 삼성전기주식회사 발광 다이오드 패키지 제조방법
TWI338957B (en) * 2007-03-23 2011-03-11 Lite On Technology Corp Light-emitting device with open-loop control and manufacturing method thereof
US20090039375A1 (en) * 2007-08-07 2009-02-12 Cree, Inc. Semiconductor light emitting devices with separated wavelength conversion materials and methods of forming the same
US7863635B2 (en) * 2007-08-07 2011-01-04 Cree, Inc. Semiconductor light emitting devices with applied wavelength conversion materials
US8877524B2 (en) * 2008-03-31 2014-11-04 Cree, Inc. Emission tuning methods and devices fabricated utilizing methods

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2323185B1 (en) * 2009-11-12 2018-02-14 LG Innotek Co., Ltd. Light emitting device and method for manufacturing the same
KR20120045882A (ko) * 2010-11-01 2012-05-09 삼성엘이디 주식회사 반도체 발광소자
US8946728B2 (en) 2010-11-01 2015-02-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor light emitting device
KR20170103853A (ko) * 2015-02-05 2017-09-13 서울대학교산학협력단 발광소자 및 발광소자의 제조방법
KR101992812B1 (ko) * 2019-05-27 2019-06-25 한화시스템 주식회사 안테나

Also Published As

Publication number Publication date
EP2171772B1 (en) 2016-09-07
US8138513B2 (en) 2012-03-20
US9614132B2 (en) 2017-04-04
EP2171772A4 (en) 2011-03-23
EP2171772A2 (en) 2010-04-07
WO2009005311A2 (en) 2009-01-08
CN101755347A (zh) 2010-06-23
CN101755347B (zh) 2015-12-02
WO2009005311A3 (en) 2009-02-26
US20100314647A1 (en) 2010-12-16
US20120146080A1 (en) 2012-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20090002835A (ko) 질화물계 발광 소자 및 그 제조방법
TWI407591B (zh) 白光二極體晶片及其形成方法
JP6599295B2 (ja) 斜角反射体を備えた発光素子およびその製造方法
JP5084324B2 (ja) 発光装置および照明装置
TWI540766B (zh) 發光二極體封裝結構
KR101383357B1 (ko) 발광 소자 패키지 및 그 제조방법
TWI573295B (zh) 具有形成於溝槽中之反射壁之發光二極體混合室
WO2011016433A1 (ja) Ｌｅｄ発光デバイスの製造方法
KR20160029030A (ko) 광전자 컴포넌트를 제조하기 위한 방법
KR101476771B1 (ko) 반도체 소자 구조물 및 반도체 소자 구조물을 제조하는 방법
US20120068208A1 (en) Micro-structure phosphor coating
KR20150107086A (ko) 반도체 소자 구조물 및 반도체 소자 구조물을 제조하는 방법
JP6212989B2 (ja) 発光装置およびその製造方法
KR20090080217A (ko) 질화물계 발광 소자
US20120193670A1 (en) Light emitting device having wavelength converting layer and method of fabricating the same
KR20190031450A (ko) 칩 스케일 패키지 발광 디바이스 및 그 제조 방법
US9312457B2 (en) Light emitting device and method for manufacturing the same
KR101360324B1 (ko) 반도체 소자 구조물을 제조하는 방법
TWI479686B (zh) 發光二極體
KR101460742B1 (ko) 반도체 소자 구조물을 제조하는 방법
KR101465708B1 (ko) 반도체 소자 구조물을 제조하는 방법
KR101300463B1 (ko) 반도체 소자 구조물을 제조하는 방법
KR101543725B1 (ko) 반도체 발광소자를 제조하는 방법
KR101543724B1 (ko) 반도체 발광소자 및 이를 제조하는 방법
KR20110117856A (ko) 발광다이오드 소자 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application