KR20090073946A - Iii-nitride semiconductor light emitting device - Google Patents
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본 발명은 3족 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 광추출 효율을 향상시키고, 발광소자의 수율을 향상시킬 수 있는 3족 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다. 여기서, 3족 질화물 반도체 발광소자는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물 반도체층을 포함하는 발광다이오드와 같은 발광소자를 의미하며, 추가적으로 SiC, SiN, SiCN, CN와 같은 다른 족(group)의 원소들로 물질이나 이들 물질로 된 반도체층을 포함하는 것을 배제하는 것은 아니다.The present invention relates to a group III nitride semiconductor light emitting device, and more particularly, to a group III nitride semiconductor light emitting device capable of improving light extraction efficiency and improving yield of the light emitting device. Here, the group III nitride semiconductor light emitting device has a compound semiconductor layer of Al (x) Ga (y) In (1-xy) N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). Means a light emitting device, such as a light emitting diode including, and does not exclude the inclusion of a material or a semiconductor layer of these materials with elements of other groups such as SiC, SiN, SiCN, CN.
도 1은 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 3족 질화물 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에 에피성장되는 버퍼층(200), 버퍼층(200) 위에 에피성장되는 n형 질화물 반도체층(300), n형 질화물 반도체층(300) 위에 에피성장되는 활성층(400), 활성층(400) 위에 에피성장되는 p형 질화물 반도체층(500), p형 질화물 반도체층(500) 위에 형성되는 p측 전극(600), p측 전극(600) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(700), p형 질화물 반도체층(500)과 활성층(400)이 메사 식각되어 노출된 n형 질화물 반도체층 위에 형성되 는 n측 전극(800), 그리고 보호막(900)을 포함한다.1 is a view showing an example of a conventional group III nitride semiconductor light emitting device, the group III nitride semiconductor light emitting device is epitaxially grown on the
기판(100)은 동종기판으로 GaN계 기판이 이용되며, 이종기판으로 사피이어 기판, SiC 기판 또는 Si 기판 등이 이용되지만, 질화물 반도체층이 성장될 수 있는 기판이라면 어떠한 형태이어도 좋다. SiC 기판이 사용될 경우에 n측 전극(800)은 SiC 기판 측에 형성될 수 있다.As the
기판(100) 위에 에피성장되는 질화물 반도체층들은 주로 MOCVD(유기금속기상성장법)에 의해 성장된다.The nitride semiconductor layers epitaxially grown on the
버퍼층(200)은 이종기판(100)과 질화물 반도체 사이의 격자상수 및 열팽창계수의 차이를 극복하기 위한 것이며, 미국특허 제5,122,845호에는 사파이어 기판 위에 380℃에서 800℃의 온도에서 100Å에서 500Å의 두께를 가지는 AlN 버퍼층을 성장시키는 기술이 개시되어 있으며, 미국특허 제5,290,393호에는 사파이어 기판 위에 200℃에서 900℃의 온도에서 10Å에서 5000Å의 두께를 가지는 Al(x)Ga(1-x)N (0≤x<1) 버퍼층을 성장시키는 기술이 개시되어 있고, 국제공개공보 WO/05/053042호에는 600℃에서 990℃의 온도에서 SiC 버퍼층(씨앗층)을 성장시킨 다음 그 위에 In(x)Ga(1-x)N (0<x≤1) 층을 성장시키는 기술이 개시되어 있다.The
n형 질화물 반도체층(300)은 적어도 n측 전극(800)이 형성된 영역(n형 컨택층)이 불순물로 도핑되며, n형 컨택층은 바람직하게는 GaN로 이루어지고, Si으로 도핑된다. 미국특허 제5,733,796호에는 Si과 다른 소스 물질의 혼합비를 조절함으로써 원하는 도핑농도로 n형 컨택층을 도핑하는 기술이 개시되어 있다.In the n-type
활성층(400)은 전자와 정공의 재결합을 통해 광자(빛)를 생성하는 층으로서, 주로 In(x)Ga(1-x)N (0<x≤1)로 이루어지고, 하나의 양자우물층(single quantum well)이나 복수개의 양자우물층들(multi quantum wells)로 구성된다. 국제공개공보 WO/02/021121호에는 복수개의 양자우물층들과 장벽층들의 일부에만 도핑을 하는 기술이 개시되어 있다.The
p형 질화물 반도체층(500)은 Mg과 같은 적절한 불순물을 이용해 도핑되며, 활성화(activation) 공정을 거쳐 p형 전도성을 가진다. 미국특허 제5,247,533호에는 전자빔 조사에 의해 p형 질화물 반도체층을 활성화시키는 기술이 개시되어 있으며, 미국특허 제5,306,662호에는 400℃ 이상의 온도에서 열처리(annealing)함으로써 p형 질화물 반도체층을 활성화시키는 기술이 개시되어 있고, 국제공개공보 WO/05/022655호에는 p형 질화물 반도체층 성장의 질소전구체로서 암모니아와 하이드라진계 소스 물질을 함께 사용함으로써 활성화 공정없이 p형 질화물 반도체층이 p형 전도성을 가지게 하는 기술이 개시되어 있다.The p-type
p측 전극(600)은 p형 질화물 반도체층(500) 전체로 전류가 잘 공급되도록 하기 위해 구비되는 것이며, 미국특허 제5,563,422호에는 p형 질화물 반도체층의 거의 전면에 걸쳐서 형성되며 p형 질화물 반도체층(500)과 오믹접촉하고 Ni과 Au로 이루어진 투광성 전극(light-transmitting electrode)에 관한 기술이 개시되어 있으며, 미국특허 제6,515,306호에는 p형 질화물 반도체층 위에 n형 초격자층을 형성한 다음 그 위에 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 투광성 전극을 형성한 기술이 개시되어 있다.The p-
한편, p측 전극(600)이 빛을 투과시키지 못하도록, 즉 빛을 기판 측으로 반 사하도록 두꺼운 두께를 가지게 형성할 수 있는데, 이러한 기술을 플립칩(flip chip) 기술이라 한다. 미국특허 제6,194,743호에는 20nm 이상의 두께를 가지는 Ag 층, Ag 층을 덮는 확산 방지층, 그리고 확산 방지층을 덮는 Au와 Al으로 이루어진 본딩 층을 포함하는 전극 구조에 관한 기술이 개시되어 있다.On the other hand, the p-
p측 본딩 패드(700)와 n측 전극(800)은 전류의 공급과 외부로의 와이어 본딩을 위한 것이며, 미국특허 제5,563,422호에는 n측 전극을 Ti과 Al으로 구성한 기술이 개시되어 있다.The p-
보호막(900)은 이산화규소와 같은 물질로 형성되며, 발광소자에 전압이 인가되는 경우 발생할 수 있는 전기적 단락 등을 방지하기 위한 것으로, 생략되어도 좋다.The
종래에는 3족 질화물 반도체 발광소자를 개별소자로 분리하기 위해, 스크라이빙 및 브레이킹에 의한 방법을 널리 사용하고 있다. 또한 3족 질화물 반도체 발광소자의 광추출 효율을 향상시키기 위하여, 활성층(400)에서 생성된 빛이 발광소자 외부로 추출되도록 빛을 스캐터링하는 면을 기판 또는 3족 질화물 반도체층의 측면 등에 형성하기 위해 발광소자에 습식식각 등의 공정을 적용하는 경우, 습식식각 등의 공정에서 질화물 반도체층의 불필요하거나 과도한 식각으로 인한 발광소자의 불량을 방지하기 위한 보호막(예를 들어, SiO2 :도 2에서 도시)을 사용할 수 있다. 이러한 식각은 레이저 스크라이빙 후에 발광소자에 남는 잔류물(debris)의 제거를 위한 것이기도 하다.Conventionally, in order to separate group III nitride semiconductor light emitting devices into individual devices, scribing and breaking methods are widely used. In addition, in order to improve the light extraction efficiency of the group III nitride semiconductor light emitting device, to form a surface for scattering the light so that the light generated in the
도 2는 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자의 제조방법에 의한 스크라이빙 후 상태의 일 예를 나타내는 사진으로서, 3족 질화물 반도체 발광소자를 스크라이빙 하는 과정에서, 스크라이빙에 의하여 보호막(1000)이 불규칙하게 깨진 상태를 보여준다.FIG. 2 is a photograph showing an example of a post-scribing state by a conventional method for manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device. In the process of scribing a group III nitride semiconductor light emitting device, a protective film may be formed by scribing. 1000) shows an irregular broken state.
도 3은 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자의 제조방법에 의한 습식식각 후 상태의 일 예를 나타내는 사진으로서, 불규칙하게 깨어진 보호막(1000)으로 인하여 3족 질화물 반도체층의 식각속도가 증가하여 과도하게 식각된 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 보여준다. 보호막(1000)이 스크라이빙에 의해 불규칙하게 되는 경우, 노출부분이 상대적으로 식각속도가 빨라 발광소자의 유효부분이 식각되는 문제가 발생할 수 있다.3 is a photograph showing an example of a state after wet etching by a conventional method of manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device, and the etching rate of the group III nitride semiconductor layer is excessively increased due to the irregularly broken
본 발명은 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a Group III nitride semiconductor light emitting device capable of improving light extraction efficiency.
또한 본 발명은 발광소자의 수율을 향상시킬 수 있는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a group III nitride semiconductor light emitting device capable of improving the yield of the light emitting device.
또한 본 발명은 광추출 효율을 향상시키기 위한 공정시 불필요하거나 과도한 식각을 방지하고, 아울러 양품의 수율을 향상시킬 수 있는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a group III nitride semiconductor light emitting device capable of preventing unnecessary or excessive etching during the process for improving the light extraction efficiency, and also improve the yield of good products.
본 발명은 기판; 기판 위에 에피성장되고, 전자와 정공이 재결합하여 빛을 생성하는 활성층을 구비하는 복수개의 3족 질화물 반도체층; 복수개의 3족 질화물 반도체층 측면에서, 복수개의 3족 질화물 반도체층 측면과 이격되어 형성되는 장벽; 그리고, 기판으로부터 복수개의 3족 질화물 반도체층의 적층방향을 향해 복수개의 3족 질화물 반도체층의 측면에 형성되는 스캐터링 면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.The present invention is a substrate; A plurality of group III nitride semiconductor layers epitaxially grown on the substrate and having an active layer which recombines electrons and holes to generate light; A barrier formed on the plurality of Group 3 nitride semiconductor layers, the barriers being spaced apart from the plurality of Group 3 nitride semiconductor layers; And a scattering surface formed on side surfaces of the plurality of Group III nitride semiconductor layers toward the stacking direction of the plurality of Group III nitride semiconductor layers from the substrate.
또한 본 발명은 장벽이 복수개의 3족 질화물 반도체층에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.The present invention also provides a group III nitride semiconductor light emitting device, characterized in that the barrier is formed by a plurality of group III nitride semiconductor layers.
또한 본 발명은 복수개의 3족 질화물 반도체층이 p형 질화물 반도체층을 포함하고, p형 질화물 반도체층이 활성층 위에 에피성장되며, 장벽이 적어도 p형 질 화물 반도체층 및 활성층의 측면과 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.In addition, in the present invention, the plurality of group III nitride semiconductor layers include a p-type nitride semiconductor layer, the p-type nitride semiconductor layer is epitaxially grown on the active layer, and the barrier is formed at least apart from the p-type nitride semiconductor layer and the side surfaces of the active layer. A group III nitride semiconductor light emitting device is provided.
또한 본 발명은 스캐터링 면이 습식식각에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a group III nitride semiconductor light emitting device characterized in that the scattering surface is formed by wet etching.
또한 본 발명은 기판이 요철을 구비하고, 요철이 사파이어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a group III nitride semiconductor light emitting device, characterized in that the substrate is provided with irregularities, the irregularities are made of sapphire.
또한 본 발명은 복수개의 3족 질화물 반도체층 측면과 장벽 사이에 패드 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.The present invention also provides a group III nitride semiconductor light emitting device comprising a pad electrode between a plurality of group III nitride semiconductor layers side surfaces and a barrier.
본 발명은 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 효과가 있다.The present invention has the effect of providing a group III nitride semiconductor light emitting device that can improve the light extraction efficiency.
또한 본 발명은 발광소자의 수율을 향상시킬 수 있는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of providing a group III nitride semiconductor light emitting device that can improve the yield of the light emitting device.
또한 본 발명은 광추출 효율을 향상시키기 위한 공정시 불필요하거나 과도한 식각을 방지하고, 아울러 양품의 수율을 향상시킬 수 있는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of providing a Group III nitride semiconductor light emitting device that can prevent unnecessary or excessive etching during the process for improving the light extraction efficiency, and can also improve the yield of good products.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 3족 질화물 반도체 발광소자는 기판(10)과, 기판(10) 위에 에피성장되는 n형 질화물 반도체층(20)과, n형 질화물 반도체층(20) 위에 에피성장되고, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층(30)과, 활성층(30) 위에 에피성장되는 p형 질화물 반도체층(40)과, p형 질화물 반도체층(40) 위에 형성되는 p측 전극(50)과, p측 전극(50) 위에 형성되는 p측 본딩패드(60)와, p형 질화물 반도체층(40)과 활성층(30)이 식각되어 드러나는 n형 질화물 반도체층(20) 위에 형성되는 n측 본딩패드(70)를 포함한다. 바람직하게는 기판(10)과 n형 질화물 반도체층(20) 사이에 버퍼(도시 생략)를 더 포함하는 것이 좋다.4 is a view showing an example of a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, in which the group III nitride semiconductor light emitting device is epitaxially grown on the
또한, 3족 질화물 반도체 발광소자는 장벽(90)을 포함하는데, 장벽(90)은 복수개의 질화물 반도체층 측면(91)과 이격되어 형성된다. 본 실시예에서는 n형 질화물 반도체층(20), 활성층(30) 및 p형 질화물 반도체층(40)의 측면과 이격되어 형성된다.In addition, the group III nitride semiconductor light emitting device includes a
본 실시예에서 장벽(90)은 에피성장되는 복수개의 반도체층을 이용하여 용이하게 장벽(90)을 구성할 수 있도록, n형 질화물 반도체층(20), 활성층(30) 및 p형 질화물 반도체층(40)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 n형 질화물 반도체층(20), 활성층(30) 및 p형 질화물 반도체층(40)을 기판 위에 에피성장시킨 후, 복수개의 질화물 반도체층의 측면(91)이 노출됨과 동시에 장벽(90)이 형성되도록 건식식각에 의한다. 본 실시예에서 n측 전극(70)을 형성하기 위해, n형 질화물 반도체층(20)이 노출되도록 p형 질화물 반도체층(40) 및 활성층(30)의 식각이 동시에 이루어지는 것이 바람직하다.In this embodiment, the
또한 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자는 복수개의 3족 질화물 반 도체층 위에 보호막(도시 생략)을 포함하는데, SiO2와 같은 보호막(도시 생략)은 식각과정 등에서 복수개의 3족 질화물 반도체층을 보호하기 위하여 형성된다. 보호막(도시 생략)은 식각과정을 거친 후 제거될 수 있다.In addition, group III nitride semiconductor light-emitting device comprises a protective film (not shown) over a plurality of group III nitride semiconductor layer, a protective film (not shown), such as SiO 2 is a plurality of third, etc. etching process nitride semiconductor layer according to the invention It is formed to protect it. The protective film (not shown) may be removed after the etching process.
또한, 3족 질화물 반도체 발광소자는 스캐터링 면(25)을 포함하는데, 스캐터링 면(25)은 기판(10)으로부터 복수개의 3족 질화물 반도체층의 적층방향을 향해서 복수개의 3족 질화물 반도체층의 측면에 형성된다. 본 실시예에서, 스캐터링 면(25)은 복수개의 3족 질화물 반도체층 중에 n형 질화물 반도체층(20)의 측면에 형성되어 활성층(30)으로부터 생성되는 빛이 외부로 추출되는 것을 용이하게 한다. 스캐터링 면(25)의 형성은 이하에서 설명한다.In addition, the group III nitride semiconductor light emitting device includes a
스크라이빙은 3족 질화물 반도체 발광소자를 개별소자로 분리하기 위해 사용되며, 본 실시예에서는 공정속도의 향상을 위하여 레이저 스크라이빙에 의하며, 복수개의 3족 질화물 반도체층의 측면(91)과 대면하는 장벽(90)의 반대측(93)에 인접하여 스크라이빙이 이루어지게 된다.Scribing is used to separate the group III nitride semiconductor light emitting device into individual elements. In the present embodiment, scribing is performed by laser scribing to improve process speed. Scribing is performed adjacent to the
이에 따라, 장벽(90)은 3족 질화물 반도체 발광소자를 개별소자로 분리하기 위한 스크라이빙 공정에서 발광이 일어나는 소자 측의 보호막(도시 생략)의 불균일한 깨짐을 방지한다.Accordingly, the
본 실시예에서 기판(10)은 사파이어로 이루어지며, 활성층(30)에서 생성된 빛을 스캐터링 하는 요철(15)을 구비할 수 있다. 이 요철(15)은 n형 질화물 반도체층(20)의 둘레 방향을 따라 스캐터링 면(25)의 형성을 용이하게 한다.In the present exemplary embodiment, the
본 실시예서 스캐터링 면(25)은 습식식각에 의해 이루어지는데, 식각액은 150℃ 이상의 온도로 가열된 상태에서 사용되는 것이 바람직하다. 식각액의 온도가 150℃ 이하가 되면 n형 질화물 반도체층(20)의 측면의 식각률이 떨어지고, 스캐터링 면(25)의 형성이 이루어지지 않을 수 있다. 본 발명에서 n형 질화물 반도체층(20) 측면에 식각에 의해 스캐터링 면(25)이 형성되는 것은 계면이 불안정하여 식각이 활발히 이루어지는 것으로 판단된다. 또한 습식식각은 레이저 스크라이빙에 의한 잔류물(debris) 제거를 위한 것이기도 하다.In the present embodiment, the scattering
도 5는 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 스크라이빙 후 상태의 일 예를 나타내는 사진으로서, 스크라이빙 후에도 보호막(80)의 불균일한 깨짐이 발생하지 않은 상태를 보여준다.FIG. 5 is a photograph showing an example of a post-scribing state of the group III nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, and shows a state in which uneven cracking of the
도 6은 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 습식식각 후 상태의 일 예를 나타내는 사진으로서, 스캐터링 면(25: 도 4에서 도시)을 형성하고 레이저 스크라이빙에 의한 잔류물(debris)제거를 위한 식각 후에도 복수개의 3족 질화물 반도체층에 과도한 식각 등이 발생하지 않은 상태를 보여준다.FIG. 6 is a photograph showing an example of a state after wet etching of a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, and forming a scattering surface 25 (shown in FIG. 4) and debris formed by laser scribing. Excessive etching and the like in the plurality of group III nitride semiconductor layers are shown even after etching for removal.
도 1은 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자의 일예를 나타내는 도면,1 is a view showing an example of a conventional group III nitride semiconductor light emitting device,
도 2는 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자의 스크라이빙 후 상태의 일 예를 나타내는 사진,2 is a photograph showing an example of a state after scribing a conventional group III nitride semiconductor light emitting device;
도 3은 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자의 습식식각 후 상태의 일 예를 나타내는 사진,3 is a photograph showing an example of a state after wet etching of a group III nitride semiconductor light emitting device according to the related art;
도 4는 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,4 is a view showing an example of a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 스크라이빙 후 상태의 일 예를 나타내는 사진,5 is a photograph showing an example of a state after scribing of a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present invention;
도 6은 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 습식식각 후 상태의 일 예를 나타내는 사진.Figure 6 is a photograph showing an example of a state after the wet etching of the group III nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
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