KR20110073039A - Nitride semiconductor light emitting device, method of fabricating the same and liquid crystal display device having thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 질화물 반도체 발광소자와 그 제조방법 및 이를 구비한 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)를 이용하여 액정표시패널에 광을 공급하는 질화물 반도체 발광소자와 그 제조방법 및 이를 구비한 액정표시장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 발광 다이오드를 이용한 발광소자는 우수한 단색(單色)성 피크파장을 가지며 광효율이 우수하고 소형화가 가능하다는 장점을 가지므로, 다양한 디스플레이 장치 및 광원으로서 널리 사용되고 있다.In general, light emitting devices using light emitting diodes have excellent monochromatic peak wavelengths, have excellent light efficiency, and can be miniaturized, and thus are widely used as various display devices and light sources.
현재 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)와 같은 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)의 백라이트 유닛(back light unit), 조명, 옥외 광고판 등에 주로 쓰이는 발광소자는 기본적으로 저 소비전력, 친 환경 등의 이유로 그 소비가 증대되고 있다.Currently, light emitting devices mainly used for backlight units of flat panel displays (FPDs), lighting, outdoor billboards, such as liquid crystal displays (LCDs), are basically low power consumption and environmentally friendly. The consumption is increasing for such reasons.
특히, 액정표시장치의 백라이트 유닛으로 이용되는 발광소자는 고 효율, 저 소비전력 특성이 크게 부각되어 있으며 비용을 낮추기 위해 적은 개수의 발광소자를 이용해 백라이트 유닛을 제작하고 있다.In particular, a light emitting device used as a backlight unit of a liquid crystal display device has a high efficiency and low power consumption characteristics, and a backlight unit is manufactured using a small number of light emitting devices to lower costs.
도 1은 일반적인 질화물 반도체 발광소자의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a structure of a general nitride semiconductor light emitting device.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 질화물 반도체 발광소자는 내부에 공간이 마련된 반사컵(1), 상기 반사컵(1) 위에 구비된 제 1 전극구조물(9a)과 제 2 전극구조물(9b), 상기 제 2 전극구조물(9b)을 통해 상기 반사컵(1) 내부에 부착된 사파이어 기판(2), 상기 사파이어 기판(2) 상에 형성된 n형 반도체층(3), 상기 n형 반도체층(3)의 모서리 영역의 일부가 노출되도록 패터닝된 활성층(4), 상기 활성층(4) 상에 형성된 p형 반도체층(5), 상기 n형 반도체층(3) 중에서 상기 활성층(4)에 의해 노출된 영역에 형성된 n전극(6b) 및 상기 p형 반도체층(5) 상에 형성된 p전극(6a)으로 구성된다.As shown in the drawing, a typical nitride semiconductor light emitting device includes a
이때, 상기 p전극(6a)과 n전극(6b)은 상기 제 1 전극구조물(9a)과 제 2 전극구조물(9b)에 와이어(11)를 통해 각각 연결될 수 있다.In this case, the p-
여기서, 상기 n형 반도체층(3)과 활성층(4) 및 p형 반도체층(5)은 질화물계, 예를 들어 GaN 반도체로 형성된다.Here, the n-
이때, 상기 질화물 반도체 발광 소자는 많은 결함을 포함하고 있어 발광소자 구동시 많은 열이 발생한다. 그러나, 상기 질화물 반도체 발광소자는 동종 기판이 존재하지 않아 대체 물질로 사파이어 기판을 사용하는데, 상기 사파이어 기판의 열전도 특성이 좋지 않아 발광소자에서 발생되는 열을 외부로 방출시키기에 매우 불 리하다.In this case, since the nitride semiconductor light emitting device includes many defects, a lot of heat is generated when the light emitting device is driven. However, since the nitride semiconductor light emitting device does not have a homogeneous substrate, a sapphire substrate is used as a substitute material. Since the thermal conductivity of the sapphire substrate is not good, it is very difficult to release heat generated from the light emitting device to the outside.
이러한 방열 문제를 해결하기 위해 패키지 공정에서 방열판 적용 등의 여러 가지 방법이 연구되고 있으나, 칩 단계에서 방열을 해결하기 위한 방법의 거의 전무했다.In order to solve the heat dissipation problem, various methods such as application of a heat sink in the package process have been studied, but there are almost no methods for solving heat dissipation at the chip stage.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 냉음극 형광램프의 환경 규제에 따른 문제점이 없는 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same, which are free from problems caused by environmental regulation of cold cathode fluorescent lamps.
본 발명의 다른 목적은 방열특성을 향상시키는 동시에 광 추출 효율을 향상시키도록 한 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same, which improve heat dissipation characteristics and improve light extraction efficiency.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 질화물 반도체 발광소자를 구비한 액정표시장치를 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device having the nitride semiconductor light emitting device described above.
본 발명의 또 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.Further objects and features of the present invention will be described in the configuration and claims of the invention which will be described later.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 기판의 후면에 소정 형상으로 형성된 홈; 상기 홈 내부에 열전도 특성이 우수한 금속으로 채워 형성된 금속패턴; 상기 기판의 상부에 질화물 반도체로 순차적으로 형성된 n형 반도체층과 활성층 및 p형 반도체층; 및 상기 p형 반도체층과 n형 반도체층 상에 각각 형성된 p전극과 n전극을 포함한다.In order to achieve the above object, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention comprises a groove formed in a predetermined shape on the back of the substrate; A metal pattern formed by filling the inside of the groove with a metal having excellent thermal conductivity; An n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer sequentially formed of a nitride semiconductor on the substrate; And a p electrode and an n electrode formed on the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, respectively.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자를 구비한 액정표시장치는 액정표시패널; 및 상기 액정표시패널에 광을 공급하며, 기판의 후면에 소정 형상으로 형성된 홈, 상기 홈 내부에 열전도 특성이 우수한 금속으로 채워 형성된 금속패턴, 상기 기판 의 상부에 질화물 반도체로 순차적으로 형성된 n형 반도체층과 활성층 및 p형 반도체층 및 상기 p형 반도체층과 n형 반도체층 상에 각각 형성된 p전극과 n전극으로 이루어진 다수개의 질화물 반도체 발광소자를 포함한다.A liquid crystal display device having a nitride semiconductor light emitting device of the present invention includes a liquid crystal display panel; And a groove formed in a predetermined shape on a rear surface of the substrate, a metal pattern formed by filling a metal having excellent thermal conductivity inside the groove, and an n-type semiconductor sequentially formed of a nitride semiconductor on the substrate. And a plurality of nitride semiconductor light emitting devices each having a layer, an active layer, a p-type semiconductor layer, and a p electrode and an n electrode formed on the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, respectively.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자의 제조방법은 기판의 후면에 소정 형상의 홈을 형성하는 단계; 상기 홈 내부를 열전도 특성이 우수한 금속으로 채워 소정의 금속패턴을 형성하는 단계; 상기 금속패턴이 형성된 기판의 상부에 질화물 반도체로 이루어진 n형 반도체층과 활성층 및 p형 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 p형 반도체층과 n형 반도체층 상에 p전극과 n전극을 각각 형성하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention comprises the steps of forming a groove of a predetermined shape on the rear surface of the substrate; Filling the inside of the groove with a metal having excellent thermal conductivity to form a predetermined metal pattern; Forming an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer made of a nitride semiconductor on the substrate on which the metal pattern is formed; And forming a p electrode and an n electrode on the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, respectively.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자의 다른 제조방법은 기판의 상부에 질화물 반도체로 이루어진 n형 반도체층과 활성층 및 p형 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 p형 반도체층 상에 p전극을 형성하는 단계; 상기 p전극이 형성된 상기 기판의 후면에서 상기 n형 반도체층의 두께 일부까지 소정 형상의 홈을 형성하는 단계; 및 상기 홈 내부를 열전도 특성이 우수한 금속으로 채워 소정의 금속패턴을 형성하는 단계를 포함한다.Another method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention comprises the steps of sequentially forming an n-type semiconductor layer, an active layer and a p-type semiconductor layer made of a nitride semiconductor on the substrate; Forming a p electrode on the p-type semiconductor layer; Forming a groove having a predetermined shape from a rear surface of the substrate on which the p-electrode is formed to a part of the thickness of the n-type semiconductor layer; And filling the inside of the groove with a metal having excellent thermal conductivity to form a predetermined metal pattern.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자와 그 제조방법 및 이를 구비한 액정표시장치는 냉음극 형광램프에서와 같은 환경 규제에 따른 문제점이 없어 점차 강화되는 환경 규제에 적절히 대응할 수 있는 이점이 있다.As described above, the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, a method of manufacturing the same, and a liquid crystal display device having the same do not have the problems caused by environmental regulations such as those of cold cathode fluorescent lamps, and thus can appropriately cope with environmental regulations that are gradually strengthened. There is this.
또한, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자와 그 제조방법 및 이를 구비 한 액정표시장치는 질화물 반도체를 이용한 발광소자에 있어 열전도도가 낮은 사파이어 기판의 일부를 제거하고 열전도도가 우수한 금속을 채워 넣음으로써 방열특성을 향상시키는 한편, 금속패턴의 크기 및 배치를 조절하여 빛의 전반사를 감소시킴으로써 광 추출 효율을 향상시키는 효과를 제공한다.In addition, the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, a method for manufacturing the same, and a liquid crystal display device having the same include removing a part of a sapphire substrate having low thermal conductivity and filling a metal having excellent thermal conductivity in a light emitting device using a nitride semiconductor. While improving the heat dissipation characteristics, by reducing the total reflection of the light by adjusting the size and placement of the metal pattern provides an effect of improving the light extraction efficiency.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자와 그 제조방법 및 이를 구비한 액정표시장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, a method for manufacturing the same and a liquid crystal display device having the same.
도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 도면에는 액정표시패널 하부에 어레이 형태로 발광소자가 배열되어 있는 직하형 백라이트 구조를 예를 들어 나타내고 있다.FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a liquid crystal display according to the present invention. In FIG. 2, a direct backlight structure in which light emitting devices are arranged in an array form below the liquid crystal display panel is illustrated.
다만, 본 발명이 상기 직하형 백라이트 구조에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 액정표시패널의 측면에 발광소자가 설치된 사이드형 백라이트 구조에도 적용 가능하다.However, the present invention is not limited to the direct type backlight structure, and the present invention can be applied to a side type backlight structure in which a light emitting device is provided on a side surface of the liquid crystal display panel.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치(100)는 액정표시패널(110)과 상기 액정표시패널(110)에 광을 공급하는 복수의 발광소자(150)로 이루어진 백라이트(140)로 구성된다.As shown in the drawing, the liquid
상기 액정표시패널(110)은 유리와 같이 투명한 제 1 기판(110a)과 제 2 기판(110b) 및 그 사이의 형성된 액정층(미도시)으로 이루어지는데, 상기 제 2 기판(110b)은 박막 트랜지스터와 화소전극이 형성되는 박막 트랜지스터 기판이고 상기 제 1 기판(110a)은 컬러필터층이 형성되는 컬러필터 기판이다.The liquid
또한, 상기 제 2 기판(110b)의 측면에는 구동회로부(120)가 구비되어 상기 제 2 기판(110b)에 형성된 박막 트랜지스터와 화소전극에 각각 신호를 인가하게 된다.In addition, a
이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제 2 기판(110b)에는 복수의 화소영역을 정의하는 복수의 게이트라인과 데이터라인이 종횡으로 배열되고, 각각의 화소영역에는 박막 트랜지스터가 구비되어 상기 게이트라인을 따라 외부로부터 주사신호가 인가됨에 따라 구동하게 된다. 또한, 상기 화소영역에는 각각 화소전극이 형성되어 상기 박막 트랜지스터가 구동됨에 따라 상기 데이터라인을 따라 외부로부터 화상신호가 입력된다.In this case, although not shown in the drawing, a plurality of gate lines and data lines defining a plurality of pixel regions are vertically and horizontally arranged on the
또한, 상기 제 1 기판(110a)에는 화상비표시영역으로 광이 투과하는 것을 차단하는 블랙매트릭스와 실제 컬러를 구현하는 컬러필터층이 형성되게 되며, 이와 같이 구성된 상기 제 1 기판(110a)과 제 2 기판(110b) 사이에 액정층이 형성된다.In addition, the
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 내부에 공간이 마련된 반사컵(101), 상기 반사컵(101) 위에 구비된 제 1 전극구조물(109a)과 제 2 전극구조물(109b), 상기 제 2 전극구조물(109b)을 통해 상기 반사컵(101) 내부에 부착된 기판(102), 상기 기판(102) 상에 형성된 n형 반도체층(103), 상기 n형 반도체층(103)의 모서리 영역의 일부가 노출되도록 패터닝된 활성층(104), 상기 활성층(104) 상에 형성된 p형 반도체층(105), 상기 n형 반도체 층(103) 중에서 상기 활성층(104)에 의해 노출된 영역에 형성된 n전극(106b) 및 상기 p형 반도체층(105) 상에 형성된 p전극(106a)으로 구성된다.As shown in the drawing, the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention includes a
이때, 상기 p전극(106a)과 n전극(106b)은 상기 제 1 전극구조물(109a)과 제 2 전극구조물(109b)에 와이어(111)를 통해 각각 연결될 수 있다.In this case, the p-
여기서, 상기 n형 반도체층(103)과 활성층(104) 및 p형 반도체층(105)은 질화물계, 예를 들어 GaN 반도체로 형성할 수 있으며, 상기 기판(102)은 사파이어(sapphire), 징크 옥사이드(Zinc Oxide; ZnO), 실리콘 카바이드(Silicon Carbide; SiC) 및 질화 알루미늄(Aluminum Nitride; AlN) 등으로 형성할 수 있다.The n-
이때, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 상기 기판(102) 후면에 소정 형상의 홈을 형성하여 기판(102) 일부를 제거하고, 그 내부에 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd) 등의 열전도 특성이 우수한 금속을 이루어진 금속패턴(155)을 삽입함으로써 방열특성을 향상시키는 한편, 상기 금속패턴(155)의 크기 및 배치를 조절하여 빛의 전반사를 감소시킴으로써 광 추출 효율을 향상시킬 수 있게 된다.In this case, the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention removes a portion of the
이때, 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 상기 기판(102)에 형성된 홈, 즉 상기 금속패턴(155)의 단면형상은 채워진 삼각형, 직사각형 등의 다각형이나 반구형이 될 수 있다. 또한, 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 상기 상기 금속패턴(155)의 단면형상은 일정 두께를 가지도록 하부가 빈 삼각형, 직사각형 등의 다각형이나 반구형이 될 수 있다.4A to 4C, the grooves formed in the
그리고, 상기 기판(102)의 홈 및 금속패턴(155)은 기판(102)에 발광 다이오 드를 형성하기 전에 형성할 수도 있고, 상기 기판(102)에 발광 다이오드를 형성한 후에 형성할 수도 있다.The grooves and
또한, 상기 기판(102)의 홈 및 금속패턴(155)은 규칙성을 가지도록 형성하거나 비 규칙성을 가지도록 형성할 수 있다.In addition, the groove and the
이하, 상기와 같은 특징을 가진 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조공정을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a manufacturing process of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention having the above characteristics will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 6a 내지 도 6e는 상기 도 3에 도시된 질화물 반도체 발광소자의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 기판의 홈 및 금속패턴을 상기 기판에 발광 다이오드를 형성하기 전에 형성한 경우의 질화물 반도체 발광소자의 제조공정을 예를 들어 나타내고 있다.6A through 6E are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of the nitride semiconductor light emitting device illustrated in FIG. 3, in which the groove and the metal pattern of the substrate are formed before the light emitting diode is formed on the substrate. The manufacturing process of is shown as an example.
도 6a에 도시한 바와 같이, 기판(102)의 후면에 레이저 등을 이용하여 소정 형상의 홈(H)을 형성한다.As shown in FIG. 6A, a groove H having a predetermined shape is formed on the rear surface of the
이때, 상기 기판(102)은 사파이어, 징크 옥사이드, 실리콘 카바이드 및 질화 알루미늄 등으로 형성할 수 있다.In this case, the
또한, 상기 기판(102)에 형성된 홈(H)은 규칙성을 가지거나 비 규칙성을 가질 수 있다.In addition, the groove H formed in the
다음으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 홈(H) 내부를 은, 알루미늄, 백금 및 팔라듐 등의 열전도 특성이 우수한 금속으로 채워 소정의 금속패턴(155)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 6B, a
이때, 도면에는 상기 홈(H) 내부를 금속으로 전부 채운 경우를 예를 들어 나 타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 금속을 홈(H)의 내부 면에 소정 두께로 발라 상기 홈(H) 내부에 일정 두께를 가지도록 하부가 빈 금속패턴(155)을 형성할 수도 있다.At this time, the figure shows a case in which the entirety of the inside of the groove H is filled with metal, for example. However, the present invention is not limited thereto, and the metal is applied to the inner surface of the groove H by a predetermined thickness. The
또한, 전술한 바와 같이 상기 금속패턴(155)은 삼각형, 직사각형 등의 다각형이나 반구형이 될 수 있으며, 일반적인 증착방법이나 도금 등의 방법을 이용할 수 있다.In addition, as described above, the
이때, 반사도가 좋은 금속을 사용하는 경우에는 기판(102) 하부로 누설되는 광을 반사 또는 산란시켜 위로 되돌려 보내기 때문에 휘도 증가에 도움을 줄 수 있다.In this case, in the case of using a metal having good reflectivity, the light leaking to the lower portion of the
이후, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 금속패턴(155)이 형성된 기판(102)의 상부에 제 1 반도체층(103')과 제 2 반도체층(104') 및 제 3 반도체층(105')을 순차적으로 형성한다.6C, the
이때, 상기 제 1 반도체층(103')과 제 2 반도체층(104') 및 제 3 반도체층(105')은 각각 n형 반도체와 진성 반도체 및 p형 반도체로 이루어지며, GaN과 같은 질화물 반도체를 포함할 수 있다.In this case, the first semiconductor layer 103 ', the second semiconductor layer 104', and the third semiconductor layer 105 'are made of an n-type semiconductor, an intrinsic semiconductor, and a p-type semiconductor, respectively, and a nitride semiconductor such as GaN. It may include.
다음으로, 상기 제 1 반도체층(103')의 일부가 드러나도록, 상기 제 1 반도체층(103')과 제 2 반도체층(104') 및 제 3 반도체층(105')의 일부를 제거하는 식각공정을 수행하면, 도 6d에 도시된 바와 같이, 상기 기판(102) 위에 상기 n형 반도체로 이루어진 n형 반도체층(103)과 상기 진성 반도체로 이루어진 활성층(104) 및 상기 p형 반도체로 이루어진 p형 반도체층(105)이 순차적으로 형성되게 된다.Next, a portion of the first semiconductor layer 103 ', the second semiconductor layer 104', and the third semiconductor layer 105 'is removed so that a portion of the first semiconductor layer 103' is exposed. When the etching process is performed, as shown in FIG. 6D, the n-
이때, 전술한 바와 같이 상기 n형 반도체층(103)과 활성층(104) 및 p형 반도체층(105)은 질화물계, 예를 들어 GaN 반도체로 형성할 수 있다.In this case, as described above, the n-
이후, 도 6e에 도시된 바와 같이, 상기 p형 반도체층(105)과 상기 드러난 n형 반도체층(103) 상에 p전극(106a)과 n전극(106b)을 각각 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 6E, p-
이와 같이 제조된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 열전도도가 낮은 사파이어 기판의 일부를 제거하고 열전도도가 우수한 금속을 채워 넣음으로써 방열특성을 향상시키는 한편, 금속패턴의 크기 및 배치를 조절하여 빛의 전반사를 감소시킴으로써 광 추출 효율을 향상시키는 효과를 제공한다.The nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention manufactured as described above removes a part of the sapphire substrate having low thermal conductivity and fills a metal having excellent thermal conductivity to improve heat dissipation characteristics, By adjusting the placement to reduce the total reflection of the light provides an effect of improving the light extraction efficiency.
이때, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 기판 후면의 홈 내부를 금속으로 전부 채운 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 금속을 홈의 내부 면에 소정 두께로 발라 상기 홈 내부에 일정 두께를 가지도록 하부가 빈 금속패턴을 형성할 수도 있다. 또한, 상기 기판 후면에 홈을 형성하여 기판의 일부를 제거한 후 열전도도가 우수한 금속을 삽입하고, 상기 기판 후면 전체에 상기 금속으로 이루어진 금속층을 증착할 수도 있으며, 이를 다음의 본 발명의 제 2 실시예를 통해 상세히 설명한다.In this case, the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention shows a case in which all of the inside of the groove on the rear surface of the substrate is filled with metal, for example, but the present invention is not limited thereto. A predetermined thickness may be applied to a surface to form a metal pattern having a lower portion so as to have a predetermined thickness in the groove. In addition, after removing a portion of the substrate by forming a groove on the rear surface of the substrate, a metal having excellent thermal conductivity may be inserted, and a metal layer made of the metal may be deposited on the entire rear surface of the substrate. It demonstrates in detail through an example.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.7 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a nitride semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 내부에 공간이 마련된 반사컵(201), 상기 반사컵(201) 위에 구비된 제 1 전극구조물(209a)과 제 2 전극구조물(209b), 상기 제 2 전극구조물(209b)을 통해 상기 반사컵(201) 내부에 부착된 기판(202), 상기 기판(202) 상에 형성된 n형 반도체층(203), 상기 n형 반도체층(203)의 모서리 영역의 일부가 노출되도록 패터닝된 활성층(204), 상기 활성층(204) 상에 형성된 p형 반도체층(205), 상기 n형 반도체층(203) 중에서 상기 활성층(204)에 의해 노출된 영역에 형성된 n전극(206b) 및 상기 p형 반도체층(205) 상에 형성된 p전극(206a)으로 구성된다.As shown in the drawing, the nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention includes a
이때, 상기 p전극(206a)과 n전극(206b)은 상기 제 1 전극구조물(209a)과 제 2 전극구조물(209b)에 와이어(211)를 통해 각각 연결될 수 있다.In this case, the p-
여기서, 상기 n형 반도체층(203)과 활성층(204) 및 p형 반도체층(205)은 질화물계, 예를 들어 GaN 반도체로 형성할 수 있으며, 상기 기판(202)은 사파이어, 징크 옥사이드, 실리콘 카바이드 및 질화 알루미늄 등으로 형성할 수 있다.The n-
이때, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 상기 기판(202) 후면에 소정 형상의 홈을 형성하여 기판(202) 일부를 제거한 후 그 내부에 은, 알루미늄, 백금 및 팔라듐 등의 열전도 특성이 우수한 금속을 이루어진 금속패턴(255)을 삽입하고, 상기 기판(202)의 후면 전체에 상기 금속으로 이루어진 금속층(256)을 형성함으로써 방열특성을 향상시키는 한편, 상기 금속패턴(255)의 크기 및 배치를 조절하여 빛의 전반사를 감소시킴으로써 광 추출 효율을 향상시킬 수 있게 된다.In this case, the nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention removes a portion of the
이때, 전술한 본 발명의 제 1 실시예와 같이 상기 기판(202)의 홈과 금속패턴(255) 및 금속층(256)은 기판(202)에 발광 다이오드를 형성하기 전에 형성할 수도 있고, 상기 기판(202)에 발광 다이오드를 형성한 후에 형성할 수도 있다.In this case, as in the above-described first embodiment of the present invention, the groove, the
또한, 상기 기판(202)의 홈 및 금속패턴(255)은 규칙성을 가지도록 형성하거나 비 규칙성을 가지도록 형성할 수 있다.In addition, the groove and the
이하, 상기와 같은 특징을 가진 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조공정을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a manufacturing process of the nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention having the above characteristics will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 8a 내지 도 8e는 상기 도 7에 도시된 질화물 반도체 발광소자의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 기판의 홈과 금속패턴 및 금속층을 상기 기판에 발광 다이오드를 형성하기 전에 형성한 경우의 질화물 반도체 발광소자의 제조공정을 예를 들어 나타내고 있다.8A through 8E are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of the nitride semiconductor light emitting device illustrated in FIG. 7, in which a groove, a metal pattern, and a metal layer of the substrate are formed before the light emitting diode is formed on the substrate. The manufacturing process of a light emitting element is shown, for example.
도 8a에 도시한 바와 같이, 기판(202)의 후면에 레이저 등을 이용하여 소정 형상의 홈(H)을 형성한다.As shown in FIG. 8A, a groove H having a predetermined shape is formed on the rear surface of the
이때, 상기 기판(202)은 사파이어, 징크 옥사이드, 실리콘 카바이드 및 질화 알루미늄 등으로 형성할 수 있다.In this case, the
또한, 상기 기판(202)에 형성된 홈(H)은 규칙성을 가지거나 비 규칙성을 가질 수 있다.In addition, the groove H formed in the
다음으로, 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 홈(H) 내부를 은, 알루미늄, 백금 및 팔라듐 등의 열전도 특성이 우수한 금속으로 채워 소정의 금속패턴(255)을 형성한 후, 상기 기판(202)의 후면 전체를 상기 금속으로 증착하여 소정의 금속층(256)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 8B, the
이때, 전술한 바와 같이 상기 금속패턴(255)은 삼각형, 직사각형 등의 다각형이나 반구형이 될 수 있으며, 일반적인 증착방법이나 도금 등의 방법을 이용할 수 있다.In this case, as described above, the
이때, 반사도가 좋은 금속을 사용하는 경우에는 기판(202) 하부로 누설되는 광을 반사 또는 산란시켜 위로 되돌려 보내기 때문에 휘도 증가에 도움을 줄 수 있다.In this case, in the case of using a metal having good reflectivity, the light leaking to the lower portion of the
이후, 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 금속패턴(255)과 금속층(256)이 형성된 기판(202)의 상부에 제 1 반도체층(203')과 제 2 반도체층(204') 및 제 3 반도체층(205')을 순차적으로 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 8C, the
이때, 상기 제 1 반도체층(203')과 제 2 반도체층(204') 및 제 3 반도체층(205')은 각각 n형 반도체와 진성 반도체 및 p형 반도체로 이루어지며, GaN과 같은 질화물 반도체를 포함할 수 있다.In this case, the first semiconductor layer 203 ', the second semiconductor layer 204', and the third semiconductor layer 205 'are made of an n-type semiconductor, an intrinsic semiconductor, and a p-type semiconductor, respectively, and a nitride semiconductor such as GaN. It may include.
다음으로, 상기 제 1 반도체층(203')의 일부가 드러나도록, 상기 제 1 반도체층(203')과 제 2 반도체층(204') 및 제 3 반도체층(205')의 일부를 제거하는 식각공정을 수행하면, 도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 기판(202) 위에 상기 n형 반도체로 이루어진 n형 반도체층(203)과 상기 진성 반도체로 이루어진 활성층(204) 및 상기 p형 반도체로 이루어진 p형 반도체층(205)이 순차적으로 형성되게 된다.Next, a portion of the first semiconductor layer 203 ', the second semiconductor layer 204', and the third semiconductor layer 205 'is removed so that a portion of the first semiconductor layer 203' is exposed. When the etching process is performed, as shown in FIG. 8D, an n-
이때, 전술한 바와 같이 상기 n형 반도체층(203)과 활성층(204) 및 p형 반도체층(205)은 질화물계, 예를 들어 GaN 반도체로 형성할 수 있다.In this case, as described above, the n-
이후, 도 8e에 도시된 바와 같이, 상기 p형 반도체층(205)과 상기 드러난 n형 반도체층(203) 상에 p전극(206a)과 n전극(206b)을 각각 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 8E, p-
이와 같이 상기 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 질화물 반도 체 발광소자는 기판 후면의 두께 일부에 홈이 형성된 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판의 후면에서 n형 반도체층까지 홈을 형성하여 기판의 일부를 제거함으로써 바닥의 제 2 전극구조물과 n형 반도체층 사이의 전기적 접속을 위한 n전극 및 와이어 연결이 필요 없게 되는데, 이를 다음의 본 발명의 제 3 실시예를 통해 상세히 설명한다.As described above, the nitride semiconductor light emitting device according to the first and second embodiments of the present invention shows a case in which grooves are formed in a part of the thickness of the rear surface of the substrate, for example, but the present invention is not limited thereto. By removing a portion of the substrate by forming a groove from the rear surface of the substrate to the n-type semiconductor layer, the n-electrode and the wire connection for the electrical connection between the second electrode structure on the bottom and the n-type semiconductor layer are not required. A third embodiment of the invention will be described in detail.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.9 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a nitride semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 내부에 공간이 마련된 반사컵(301), 상기 반사컵(301) 위에 구비된 제 1 전극구조물(309a)과 제 2 전극구조물(309b), 상기 제 2 전극구조물(309b)을 통해 상기 반사컵(301) 내부에 부착된 기판(302), 상기 기판(302) 상에 형성된 n형 반도체층(303), 상기 n형 반도체층(303) 상에 형성된 활성층(304), 상기 활성층(304) 상에 형성된 p형 반도체층(305) 및 상기 p형 반도체층(305) 상에 형성된 p전극(306)으로 구성된다.As shown in the drawing, the nitride semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention includes a
여기서, 상기 n형 반도체층(303)과 활성층(304) 및 p형 반도체층(305)은 질화물계, 예를 들어 GaN 반도체로 형성할 수 있으며, 상기 기판(302)은 사파이어, 징크 옥사이드, 실리콘 카바이드 및 질화 알루미늄 등으로 형성할 수 있다.Here, the n-
이때, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 상기 기판(302) 후면에서 n형 반도체층(303)까지 홈을 형성한 후 그 내부에 은, 알루미늄, 백금 및 팔라듐 등의 열전도 특성이 우수한 금속을 이루어진 금속패턴(355)을 삽입 함으로써 방열특성을 향상시키는 한편, 상기 금속패턴(355)의 크기 및 배치를 조절하여 빛의 전반사를 감소시킴으로써 광 추출 효율을 향상시킬 수 있게 된다.In this case, the nitride semiconductor light emitting device according to the third exemplary embodiment of the present invention forms a groove from the rear surface of the
이때, 전술한 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 같이 상기 기판(302)의 홈 및 금속패턴(355)은 규칙성을 가지도록 형성하거나 비 규칙성을 가지도록 형성할 수 있다.In this case, as in the first and second embodiments of the present invention described above, the groove and the
이때, 상기 p전극(306)은 와이어(311)를 통해 상기 제 1 전극구조물(309a)과 연결될 수 있으며, 전술한 바와 같이 상기 n형 반도체층(303)과 제 2 전극구조물(309b)은 상기 금속패턴(355)에 의해 전기적으로 접속되므로 그 둘 사이의 접속을 위한 n전극 및 와이어 연결이 필요 없게된다.In this case, the p-
이하, 상기와 같은 특징을 가진 본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조공정을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a manufacturing process of the nitride semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention having the above characteristics will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 10a 내지 도 10d는 상기 도 9에 도시된 질화물 반도체 발광소자의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 기판의 홈 및 금속패턴을 상기 기판에 발광 다이오드를 형성한 후에 형성한 경우의 질화물 반도체 발광소자의 제조공정을 예를 들어 나타내고 있다.10A through 10D are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of the nitride semiconductor light emitting device illustrated in FIG. 9, in which a groove and a metal pattern of a substrate are formed after the light emitting diode is formed on the substrate. The manufacturing process of is shown as an example.
도 10a에 도시한 바와 같이, 기판(302)의 상부에 n형 반도체층(303)과 활성층(304) 및 p형 반도체층(305)을 순차적으로 형성한다.As shown in FIG. 10A, an n-
이때, 상기 기판(302)은 사파이어, 징크 옥사이드, 실리콘 카바이드 및 질화 알루미늄 등으로 형성할 수 있다.In this case, the
또한, 상기 n형 반도체층(303)과 활성층(304) 및 p형 반도체층(305)은 각각 n형 반도체와 진성 반도체 및 p형 반도체로 이루어지며, GaN과 같은 질화물 반도체를 포함할 수 있다.The n-
이후, 도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 p형 반도체층(305) 상에 p전극(306a)을 형성한다.Thereafter, as illustrated in FIG. 10B, a p electrode 306a is formed on the p-
다음으로, 도 10c에 도시된 바와 같이, 상기 발광 다이오드가 형성된 기판(302)의 후면에 레이저 등을 이용하여 상기 기판(302) 후면에서 상기 n형 반도체층(303)의 두께 일부까지 소정 형상의 홈(H)을 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 10C, a predetermined shape may be formed from a rear surface of the
이때, 상기 기판(302)에 형성된 홈(H)은 규칙성을 가지거나 비 규칙성을 가질 수 있다.In this case, the groove H formed in the
다음으로, 도 10d에 도시된 바와 같이, 상기 홈(H) 내부를 은, 알루미늄, 백금 및 팔라듐 등의 열전도 특성이 우수한 금속으로 채워 소정의 금속패턴(355)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 10D, a
이후, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 기판(302)의 후면 전체를 상기 금속으로 증착하여 소정의 금속층을 형성할 수도 있다.Subsequently, although not shown in the drawing, the entire rear surface of the
이때, 전술한 바와 같이 상기 금속패턴(355)은 삼각형, 직사각형 등의 다각형이나 반구형이 될 수 있으며, 일반적인 증착방법이나 도금 등의 방법을 이용할 수 있다.In this case, as described above, the
이때, 반사도가 좋은 금속을 사용하는 경우에는 기판(302) 하부로 누설되는 광을 반사 또는 산란시켜 위로 되돌려 보내기 때문에 휘도 증가에 도움을 줄 수 있다.In this case, in the case of using a metal having good reflectivity, the light leaking to the lower portion of the
또한, 이와 같이 본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 상기 기판(302)의 후면에서 n형 반도체층(303)까지 홈을 형성하여 기판(302)의 일부를 제거함으로써 바닥의 제 2 전극구조물(미도시)과 n형 반도체층(303) 사이의 전기적 접속을 위한 n전극 및 와이어 연결이 필요 없게 된다.In this way, the nitride semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention forms a groove from the rear surface of the
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.Many details are set forth in the foregoing description but should be construed as illustrative of preferred embodiments rather than to limit the scope of the invention. Therefore, the invention should not be defined by the described embodiments, but should be defined by the claims and their equivalents.
도 1은 일반적인 질화물 반도체 발광소자의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a general nitride semiconductor light emitting device.
도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a liquid crystal display according to the present invention.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4c는 상기 도 3에 도시된 질화물 반도체 발광소자에 있어서, 기판에 형성된 홈 내에 삽입되는 금속패턴의 단면형상을 예를 들어 나타내는 도면.4A to 4C are views showing, for example, the cross-sectional shape of a metal pattern inserted into a groove formed in a substrate in the nitride semiconductor light emitting device shown in FIG.
도 5a 내지 도 5c는 상기 도 3에 도시된 질화물 반도체 발광소자에 있어서, 기판에 형성된 홈 내에 삽입되는 금속패턴의 단면형상을 예를 들어 나타내는 도면.5A to 5C are views showing, for example, the cross-sectional shape of a metal pattern inserted into a groove formed in a substrate in the nitride semiconductor light emitting device shown in FIG.
도 6a 내지 도 6e는 상기 도 3에 도시된 질화물 반도체 발광소자의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.6A through 6E are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of the nitride semiconductor light emitting device shown in FIG. 3.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.7 is a sectional view schematically showing the structure of a nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention.
도 8a 내지 도 8e는 상기 도 7에 도시된 질화물 반도체 발광소자의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.8A to 8E are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of the nitride semiconductor light emitting device shown in FIG. 7.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.9 is a sectional view schematically showing the structure of a nitride semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention.
도 10a 내지 도 10d는 상기 도 9에 도시된 질화물 반도체 발광소자의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.10A to 10D are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of the nitride semiconductor light emitting device shown in FIG. 9.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **
101~301 : 도전성 반사컵 102~302 : 서브마운트 기판101-301: conductive reflection cup 102-302: submount substrate
103~303 : n형 반도체층 104~304 : 활성층103 to 303: n-
105~305 : p형 반도체층 106a,206a,306 : p전극105 to 305: p-
106b,206b : n전극 109a~309a : 제 1 전극구조물106b, 206b: n-
109b~309b : 제 2 전극구조물 111~311 : 와이어109b to 309b: second electrode structure 111 to 311: wire
155~355 : 금속패턴 256 : 금속층155 ~ 355: Metal pattern 256: Metal layer
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-
2009
- 2009-12-23 KR KR1020090130187A patent/KR20110073039A/en not_active Application Discontinuation
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