KR20110102061A - Led device and method of manufacturing the same - Google Patents

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KR20110102061A KR1020100021503A KR20100021503A KR20110102061A KR 20110102061 A KR20110102061 A KR 20110102061A KR 1020100021503 A KR1020100021503 A KR 1020100021503A KR 20100021503 A KR20100021503 A KR 20100021503A KR 20110102061 A KR20110102061 A KR 20110102061A
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백호선
채정혜
김형근
정석호
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삼성엘이디 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 LED 소자는, 기판; 상기 기판 상에서 스트라이프 패턴으로 형성되며, 상기 스트라이프 패턴의 길이 방향에 수직으로 자른 단면이 나노로드 형상이고, 상기 나노로드 형상의 단면에서 코어부를 이루는 제1 도전형 반도체층과 상기 제1 도전형 반도체층을 순차적으로 덮어 쉘부를 이루는 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 하나 이상의 질화물 반도체 발광 구조물; 상기 발광 구조물의 측면에 형성되며, 상기 발광 구조물의 방출광을 제1 파장으로 변환하는 제1 파장변환부; 및 상기 발광 구조물의 상면에 형성되며, 상기 발광 구조물의 방출광을 상기 제1 파장과 다른 제2 파장으로 변환하는 제2 파장변환부를 포함한다.LED device according to an aspect of the present invention, the substrate; A first conductive semiconductor layer and a first conductive semiconductor layer which are formed in a stripe pattern on the substrate and have a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the stripe pattern, and have a nanorod shape and form a core part in the cross section of the nanorod shape. At least one nitride semiconductor light emitting structure including an active layer and a second conductivity type semiconductor layer covering the shell part sequentially; A first wavelength conversion unit formed on a side of the light emitting structure and converting the emitted light of the light emitting structure into a first wavelength; And a second wavelength conversion unit formed on an upper surface of the light emitting structure and converting the emission light of the light emitting structure into a second wavelength different from the first wavelength.

Description

ＬＥＤ 소자 및 그 제조 방법{LED Device and Method of Manufacturing the Same}LED device and its manufacturing method {LED Device and Method of Manufacturing the Same}

본 발명은 LED 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 질화물 반도체 LED(light emitting diode) 칩과 이 LED 칩의 방출광에 의해 여기되는 파장변환 물질을 구비하는 LED 소자와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an LED device and a method of manufacturing the same, and more particularly to an LED device having a nitride semiconductor light emitting diode (LED) chip and a wavelength conversion material excited by the emitted light of the LED chip and a method of manufacturing the same. .

발광 다이오드(LED)는 종래의 광원에 비해 긴 수명, 낮은 소비전력, 빠른 응답 속도, 환경 친화성 등의 장점을 갖는 차세대 광원으로 알려져 있으며, 조명 장치, 디스플레이 장치의 백라이트 등 다양한 제품에서 중요한 광원으로 주목 받고 있다. LED를 이용한 발광 소자에서는 LED 칩의 방출광을 다른 파장의 광으로 변환시키기 위해서 형광체를 이용하는 기술이 널리 적용된다. 특히, 이러한 형광체를 이용한 파장 변환 기술은 다양한 형태의 조명 장치와 디스플레이 장치의 백라이트에서 요구되는 백색광을 출력하는 발광 소자 또는 장치에서 크게 요청되고 있다.
Light emitting diodes (LEDs) are known as next-generation light sources that have advantages such as longer lifespan, lower power consumption, faster response speed, and environmental friendliness than conventional light sources, and are important sources in various products such as backlights of lighting devices and display devices. It is attracting attention. In the light emitting device using the LED, a technique using a phosphor is widely applied to convert the emitted light of the LED chip into light having a different wavelength. In particular, the wavelength conversion technology using such a phosphor has been greatly requested in the light emitting device or device for outputting the white light required in the backlight of the various types of lighting device and the display device.

최근에 LED의 활용범위가 넓어짐에 따라 고전류/고출력 분야의 광원 분야로 확대되고 있다. 특히, 고품질, 고출력의 백색 조명 기술과 관련하여, 고연색 및 고휘도의 백색 LED 소자를 구현하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 백색광을 출력하기 위한 LED 기반의 발광 소자에서는, 적어도 1종의 형광체가 함유된 투명 수지를 LED 칩 주위에 봉지하여, LED 칩에서 나오는 단색광의 일부를 다른 파장의 가시광으로 변환한다. 파장 변환에 의해 얻어진 가시광, 또는 이 가시광과 LED 칩의 단색광의 혼합이 백색광으로 나오게 된다. 백색 LED 소자의 제조를 위한 형광체 도포에 있어서는, 공정 효율을 높이기 위해 웨이퍼(wafer) 레벨에서의 형광체 도포 및 소자 제작 기술에 관한 연구가 진행되고 있다. 예를 들어, 질화갈륨계 에피택셜층들이 형성된 웨이퍼에, 물리적인 힘을 가하거나 에칭을 하여 V자형 홈이나 트렌치를 만들고 그 홈이나 트렌치에 형광체 함유 수지를 도포하는 시도가 진행되고 있다. 그러나, 이 경우 에칭 등 별도의 공정이 추가된다.
Recently, as the application range of LED is expanded, it is expanding to the light source field of high current / high power field. In particular, with respect to high-quality, high-output white lighting technology, research to implement a high color rendering and high brightness white LED device is actively being conducted. In the LED-based light emitting device for outputting white light, a transparent resin containing at least one phosphor is encapsulated around the LED chip to convert a portion of the monochromatic light emitted from the LED chip into visible light of another wavelength. Visible light obtained by the wavelength conversion, or a mixture of the visible light and the monochromatic light of the LED chip comes out as white light. In the phosphor coating for manufacturing the white LED device, research on the phosphor coating and device fabrication technology at the wafer level in order to increase the process efficiency is being conducted. For example, attempts have been made to apply a phosphor-containing resin to a V-shaped groove or trench by applying physical force or etching to a wafer on which gallium nitride-based epitaxial layers are formed. In this case, however, a separate process such as etching is added.

본 발명의 실시형태는 출력광의 휘도가 향상되고 연색성이 우수한 LED 소자를 제공한다. 또한 본 발명의 실시형태는 출력광의 휘도가 향상되고 연색성이 우수한 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
Embodiment of this invention provides the LED element which the brightness of output light improves and is excellent in color rendering property. Moreover, embodiment of this invention provides the manufacturing method of the light emitting element which the brightness of output light improves and is excellent in color rendering property.

본 발명의 일 측면에 따른 LED 소자는, 기판; 상기 기판 상에서 스트라이프 패턴(strip pattern)으로 형성되며, 상기 스트라이프 패턴의 길이 방향(longitudinal direction)에 수직으로 자른 단면이 나노로드 형상이고, 상기 나노로드 형상의 단면에서 코어(core)부를 이루는 제1 도전형 반도체층과 상기 제1 도전형 반도체층을 순차적으로 덮어 쉘(shell)부를 이루는 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 하나 이상의 질화물 반도체 발광 구조물; 상기 발광 구조물의 측면에 형성되며, 상기 발광 구조물의 방출광을 제1 파장으로 변환하는 제1 파장변환부; 및 상기 발광 구조물의 상면에 형성되며, 상기 발광 구조물의 방출광을 상기 제1 파장과 다른 제2 파장으로 변환하는 제2 파장변환부를 포함한다.
LED device according to an aspect of the present invention, the substrate; A first conductive layer formed in a stripe pattern on the substrate and having a cross section perpendicular to a longitudinal direction of the stripe pattern having a nanorod shape and forming a core part in the cross section of the nanorod shape. At least one nitride semiconductor light emitting structure including an active layer and a second conductive semiconductor layer which sequentially cover a type semiconductor layer and the first conductive semiconductor layer to form a shell; A first wavelength conversion unit formed on a side of the light emitting structure and converting the emitted light of the light emitting structure into a first wavelength; And a second wavelength conversion unit formed on an upper surface of the light emitting structure and converting the emission light of the light emitting structure into a second wavelength different from the first wavelength.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 제1 파장은 상기 제2 파장보다 작을 수 있다. 상기 발광 구조물은 청색광을 발하는 질화물 반도체 발광 구조물이고, 상기 제1 파장변환부는 상기 발광 구조물의 방출광을 적색으로 변환하는 적색 형광체층이고, 상기 제2 파장변환부는 상기 발광 구조물의 방출광을 녹색으로 변환하는 녹색 형광체일 수 있다. 상기 발광 구조물의 상면은 (0002)면이고, 상기 발광 구조물의 측면은 (11-20)면 또는 (1-100)면 일 수 있다. 상기 발광 구조물의 상면으로부터 나오는 빛의 파장은 상기 발광 구조물의 측면으로부터 나오는 빛의 파장과 다를 수 있다. 특히, 상기 상면으로부터 나오는 빛의 파장은 상기 측면으로부터 나오는 빛의 파장보다 작을 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the first wavelength may be smaller than the second wavelength. The light emitting structure is a nitride semiconductor light emitting structure that emits blue light, the first wavelength converting portion is a red phosphor layer converting the emission light of the light emitting structure into red, and the second wavelength conversion portion converts the emission light of the light emitting structure into green. It may be a green phosphor to convert. An upper surface of the light emitting structure may be a (0002) plane, and a side surface of the light emitting structure may be a (11-20) plane or a (1-100) plane. The wavelength of light emitted from the upper surface of the light emitting structure may be different from the wavelength of light emitted from the side of the light emitting structure. In particular, the wavelength of light emitted from the upper surface may be smaller than the wavelength of light emitted from the side surface.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 LED 소자는 상기 기판과 상기 발광 구조물 사이에 형성된 제1 도전형의 하부 질화물 반도체층을 더 포함할 수 있다. 상기 활성층은 상기 제1 도전형 반도체층의 상면 및 측면을 덮도록 양자장벽층과 양자우물층이 교대로 적층된 다중 양자우물 구조로 될 수 있다. 상기 LED 소자는 상기 기판 상에 형성되어 상기 제1 도전형 반도체층이 위치하는 영역을 오픈시키는 마스크층을 더 포함할 수 있다.
According to the exemplary embodiment of the present invention, the LED device may further include a lower nitride semiconductor layer of a first conductivity type formed between the substrate and the light emitting structure. The active layer may have a multi-quantum well structure in which a quantum barrier layer and a quantum well layer are alternately stacked to cover the top and side surfaces of the first conductive semiconductor layer. The LED device may further include a mask layer formed on the substrate to open a region in which the first conductivity type semiconductor layer is located.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 LED 소자는 상기 질화물 반도체 발광 구조물을 복수개로 포함하되, 상기 복수개의 질화물 반도체 발광 구조물은 서로 이격 배치되고, 상기 제1 파장 변환부는 상기 복수개의 질화물 반도체 발광 구조물 사이를 채우고, 상기 제2 파장 변환부는 상기 제1 파장변환부 및 복수개의 질화물 반도체 발광 구조물 상에 배치될 수 있다.
In an embodiment, the LED device may include a plurality of nitride semiconductor light emitting structures, wherein the plurality of nitride semiconductor light emitting structures are spaced apart from each other, and the first wavelength converter is disposed between the plurality of nitride semiconductor light emitting structures. The second wavelength converter may be disposed on the first wavelength converter and the plurality of nitride semiconductor light emitting structures.

본 발명의 다른 측면에 따른 LED 소자의 제조 방법은, 기판 상에 하나 이상의 질화물 반도체 발광 구조물을 스트라이프 패턴(strip pattern)으로 형성하되, 상기 스트라이프 패턴의 길이 방향에 수직으로 자른 단면이 나노로드 형상으로 되고 상기 나노로드 형상의 단면에서 코어(core)부를 이루는 제1 도전형 반도체층과 상기 제1 도전형 반도체층을 순차적으로 덮어 쉘(shell)부를 이루는 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하도록 상기 질화물 반도체 발광 구조물을 형성하는 단계; 상기 발광 구조물의 측면에, 상기 발광 구조물의 방출광을 제1 파장으로의 변환을 위한 제1 파장변환층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 도전형 반도체층의 상면에, 상기 발광 구조물의 방출광을 상기 제1 파장과 다른 제2 파장으로의 변환을 위한 제2 파장변환층을 형성하는 단계를 포함한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an LED device, wherein at least one nitride semiconductor light emitting structure is formed on a substrate in a stripe pattern, and a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the stripe pattern is formed in a nanorod shape. And an active layer and a second conductive semiconductor layer forming a shell part by sequentially covering the first conductive semiconductor layer and the first conductive semiconductor layer forming a core in a cross section of the nanorod shape. Forming a nitride semiconductor light emitting structure; Forming a first wavelength conversion layer on a side of the light emitting structure, for converting the emitted light of the light emitting structure into a first wavelength; And forming a second wavelength conversion layer on the upper surface of the second conductivity type semiconductor layer for converting the emission light of the light emitting structure into a second wavelength different from the first wavelength.

상기 질화물 반도체 발광 구조물을 형성하는 단계는, 나노로드 형상의 단면을 갖는 제1 도전형 반도체층을 상기 기판 상에 스프라이프 패턴으로 형성하는 단계; 상기 제1 도전형 반도체층의 측면 및 상면을 덮도록 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층의 상면 및 측면을 덮도록 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
The forming of the nitride semiconductor light emitting structure may include forming a first conductive semiconductor layer having a nanorod-shaped cross-section on a substrate in a stripe pattern; Forming an active layer to cover side and top surfaces of the first conductivity type semiconductor layer; And forming a second conductivity type semiconductor layer to cover the top and side surfaces of the active layer.

상기 제1 도전형 반도체층을 스트라이프 패턴으로 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 스트라이프 패턴의 오픈 영역을 갖는 마스크층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크층을 성장 마스크로 하여 상기 오픈 영역에 제1 도전형 반도체층을 선택적으로 성장시키는 단계를 포함할 수 있다.
The forming of the first conductive semiconductor layer in the stripe pattern may include forming a mask layer having an open area of the stripe pattern on the substrate; And selectively growing a first conductivity type semiconductor layer in the open region using the mask layer as a growth mask.

상기 발광 구조물은 청색광을 방출하는 질화물 반도체 물질로 형성되고, 상기 제1 파장변환부는 청색곽을 적색으로 변환하는 적색 형광체층으로 형성되고, 상기 제2 파장변환부는 청색광을 녹색으로 변환하는 녹색 형광체층으로 형성될 수 있다.
The light emitting structure is formed of a nitride semiconductor material that emits blue light, the first wavelength conversion part is formed of a red phosphor layer converting a blue region into red, and the second wavelength conversion part is a green phosphor layer converting blue light to green. It can be formed as.

본 발명의 실시형태에 따르면, 나노로드의 단면 형상을 갖고 스트라이프 패턴으로 형성된 발광 구조물을 구비함으로써 전류 주입 향상과 발광층의 면적 크기 증가로 고휘도 및 고출력의 출력광을 얻을 수 있다. 또한, 색변환층을 파장에 따라 분리하여 배치함으로써 빛의 재흡수가 줄어들어 휘도를 더욱 증가시킬 수 있으며 불균일한 파장의 빛을 내는 질화물 반도체 발광 구조물에 다른 파장으로 변환하는 색변환층들을 배치함으로써 고연색의 백색 LED 구현이 가능해진다. 또한, 형광체층 도포를 위한 별도의 트렌치를 형성하기 위한 에칭 공정이 불필요하므로 웨이퍼 레벨에서의 형광체층 도포 공정에 유리하고 형광체층 도포의 저비용화가 가능해진다.
According to the embodiment of the present invention, by providing a light emitting structure having a cross-sectional shape of the nanorod and formed in a stripe pattern, it is possible to obtain high brightness and high output output light by improving current injection and increasing the size of the light emitting layer. In addition, by dividing the color conversion layer according to the wavelength, the re-absorption of light can be reduced to further increase the luminance. Color rendering of white LEDs is possible. In addition, since an etching process for forming a separate trench for phosphor layer application is unnecessary, it is advantageous for the phosphor layer application process at the wafer level and the cost of phosphor layer application can be reduced.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 LED 소자의 단면도이다.
도 2는 도 1의 LED 소자의 발광 구조물을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에서 채용할 수 있는 활성층의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4 내지 9는 본 발명의 실시형태에 따른 LED 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 따른 LED 소자를 실장한 패키지의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an LED device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a light emitting structure of the LED device of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view showing the structure of an active layer that can be employed in an embodiment of the present invention.
4 to 9 are views for explaining the manufacturing method of the LED device according to an embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view of a package in which the LED element according to the embodiment of the present invention is mounted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Shapes and sizes of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity, elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 LED 소자를 나타낸 단면도이다. LED 소자(100)는 나노로드 형상의 단면을 갖는 질화물 반도체 발광 구조물(110)과, 발광 구조물(110)의 측면에 형성된 제1 파장변환부(160) 및 발광 구조물(110)의 상면에 형성된 제2 파장변환부(170)를 포함한다. 이 파장 변환부(160, 170) 각각은 발광 구조물(110)의 방출광을 변환하여 다른 파장이 빛을 낸다. 발광 구조물(110)에서 나오는 단색광(1차광)과, 이 단색광에 의해 여기되는 제1 및 제2 파장변환부(160, 170)에서 나오는 빛(2차광)들이 혼합되어 백색광이 출력될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 제1 파장변환부(160)에서 나오는 빛의 파장(제1 파장)과 제2 파장변환부(170)에서 나오는 빛의 파장(제2 파장)은 서로 다르다. 파장변환부(160, 170)는 예를 들어, 형광체를 함유하는 투명 수지로 된 형광체층으로 만들어질 수 있다. 이와 같이, LED 소자(100)에서는 서로 다른 파장의 빛을 내는 파장변환부 혹은 형광체층이 분리되어 도포되어 있다.
1 is a cross-sectional view showing an LED device according to an embodiment of the present invention. The LED device 100 may include a nitride semiconductor light emitting structure 110 having a nanorod-shaped cross section, a first wavelength converting portion 160 formed on a side surface of the light emitting structure 110, and a top surface of the light emitting structure 110. 2 includes a wavelength conversion unit 170. Each of the wavelength converters 160 and 170 converts the emitted light of the light emitting structure 110 to emit light of a different wavelength. Monochromatic light (primary light) emitted from the light emitting structure 110 and light (secondary light) emitted from the first and second wavelength conversion units 160 and 170 excited by the monochromatic light may be mixed to output white light. As will be described later, the wavelength of the light emitted from the first wavelength converter 160 (first wavelength) and the wavelength of the light emitted from the second wavelength converter 170 (second wavelength) are different from each other. The wavelength conversion units 160 and 170 may be made of, for example, a phosphor layer made of a transparent resin containing a phosphor. As described above, in the LED device 100, wavelength converting parts or phosphor layers emitting light having different wavelengths are separated and applied.

도 1을 참조하면, 사파이어 등의 기판(101) 상에는 예를 들어 n형 GaN으로 형성된 하부 질화물 반도체층(103)이 배치될 수 있다. 이 하부 질화물 반도체층(103) 상에는, 예를 들어 산화물 또는 질화물로 된 마스크층(105)이 형성되어 있고, 이 마스크층(105)의 오픈 영역 상에는 나노로도 단면 구조에서 코어(core)부를 이루는 n형 질화물 반도체층(115)이 형성되어 있다. 발광 구조물(110)의 활성층(115)과 p형 질화물 반도체층(117)은 n형 질화물 반도체층(115)의 상면 및 하면을 덮어 쉘(shell)부를 이룬다. 이러한 코어-쉘 구조의 나노로드 단면 형상을 갖는 발광 구조물(110)이 기판(101) 상에(또는 하부 질화물 반도체층(103)) 상에 서로 간격을 두고 복수개 배치될 수 있다.
Referring to FIG. 1, a lower nitride semiconductor layer 103 formed of, for example, n-type GaN may be disposed on a substrate 101 such as sapphire. On the lower nitride semiconductor layer 103, a mask layer 105 made of, for example, an oxide or nitride is formed, and on the open area of the mask layer 105, a nano-shaped cross section structure forms a core. An n-type nitride semiconductor layer 115 is formed. The active layer 115 and the p-type nitride semiconductor layer 117 of the light emitting structure 110 cover the top and bottom surfaces of the n-type nitride semiconductor layer 115 to form a shell portion. A plurality of light emitting structures 110 having the core-shell structured nanorod cross-sectional shape may be disposed on the substrate 101 (or the lower nitride semiconductor layer 103) at intervals from each other.

상술한 나노로드의 단면 형상을 갖는 발광 구조물(110)은, 수평 방향으로 길게 연장된 형태를 갖는다. 도 2는 도 1에 도시된 발광 구조물(110)을 나타내는 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 발광 구조물(110)은 기판(101) 상에서 스트라이프 패턴(stripe pattern)으로 형성되어 있다. 도 1의 단면도는 이 스트라이프 패턴의 길이 방향(longitudinal)에 수직으로 자른 단면의 형상을 나타낸 것이다. 이와 같이 나노로드의 단면 형상을 가지면서 수평 방향으로 스트라이프 패턴으로 길게 연장된 발광 구조물(110)을 구비함으로써, LED 소자(100)는 더욱 큰 발광 면적을 확보할 수 있고 이에 따라 광출력과 휘도가 높아져 고출력의 적용에 유리하다.
The light emitting structure 110 having the cross-sectional shape of the nanorod described above has a form extending in the horizontal direction. 2 is a perspective view illustrating the light emitting structure 110 illustrated in FIG. 1. As shown in FIG. 2, the light emitting structure 110 is formed in a stripe pattern on the substrate 101. The cross-sectional view of Fig. 1 shows the shape of the cross section cut perpendicular to the longitudinal direction of the stripe pattern. By having the light emitting structure 110 extending in a stripe pattern in the horizontal direction while having a cross-sectional shape of the nanorods as described above, the LED device 100 can secure a larger light emitting area, and thus the light output and luminance are It is high, which is advantageous for application of high power.

기판(101) 상에서 성장된 질화물 반도체(예컨대, GaN)의 상면은 결정학적으로 (0002)면에 해당하고, 그 측면은 (11-20)면 또는 (1-100)면에 해당한다. 그런데, 기판 상에 성장된 질화물 반도체의 (0002)면과, (11-20)면 또는 (1-100)은 성장 속도에 있어서 차이가 있다. 이러한 차이로 인해 나노로드 단면의 발광 구조물(110)의 상면과 측면에서 방출되는 빛의 파장에 있어서 불균일이 발생하게 된다. 일반적으로, GaN등의 질화물 반도체의 (11-20)면 또는 (1-100)면의 성장속도가 (0002)면에 비하여 빠르므로 (0002)면에서 나오는 빛의 파장(λ2)은 (11-20)면 또는 (1-100)면에서 나오는 빛의 파장(λ1)보다 작게 된다 (도 2 참조).
The top surface of the nitride semiconductor (eg, GaN) grown on the substrate 101 crystallographically corresponds to the (0002) plane, and the side surface corresponds to the (11-20) plane or the (1-100) plane. However, the (0002) plane, the (11-20) plane, or (1-100) of the nitride semiconductor grown on the substrate differ in growth rate. This difference causes non-uniformity in the wavelength of light emitted from the top and side surfaces of the light emitting structure 110 of the nanorod cross section. In general, since the growth rate of the (11-20) plane or (1-100) plane of a nitride semiconductor such as GaN is faster than that of the (0002) plane, the wavelength λ 2 of light emitted from the (0002) plane is (11). -20) or smaller than the wavelength (λ 1 ) of the light emitted from the (1-100) plane (see Fig. 2).

본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이 나노로드 단면 구조의 발광 구조물(110)의 상면과 측면에서 나오는 빛의 파장이 분리됨에 따라 형광체층(파장변환부)을 분리하여 도포한다. 이에 따라, 발광 구조물(110)의 측면과 상면에 각각 도포된 제1 파장변환부(160)와 제2 파장변환부(170)에서 파장 변환에 의해 방출되는 빛(2차광)의 파장이 다르게 된다. 예를 들어, 발광 구조물(110) 측면에 형성된 제1 파장변환부(160)에 의한 2차광의 파장은, 발광 구조물(110)의 상면에 형성된 제2 파장변환부(170)에 의한 2차광의 파장보다 더 길 수 있다. 이와 같이 발광 구조물(110)의 측면과 상면에 분리 도포된 파장변환부들(160, 170)에 의해 다른 파장의 2차광을 얻어냄으로써 빛의 재흡수가 줄어들게 되어 휘도의 개선이 가능해진다. 또한 발광 구조물(110)에 의한 불균일한 파장을 서로 다른 파장으로 변환하는 제1 파장변환부(160)과 제2 파장변환부(170)를 분리 도포함으로써 고연색의 백색광 구현이 가능해진다. 뿐만 아니라, 형광체 또는 파장변환부가 채워지는 트렌치 혹은 홈을 형성하기 위한 별도의 식각 공정이 필요없기 때문에 웨이퍼 레벨의 형광체 도포 공정에서 비용 절감을 도모할 수 있다.
In the present embodiment, as described above, as the wavelength of light emitted from the upper surface and the side surface of the light emitting structure 110 having the nanorod cross-sectional structure is separated, the phosphor layer (wavelength conversion unit) is separated and applied. Accordingly, wavelengths of light (secondary light) emitted by the wavelength conversion from the first wavelength converter 160 and the second wavelength converter 170 respectively applied to the side and the upper surface of the light emitting structure 110 are different. . For example, the wavelength of the secondary light by the first wavelength conversion unit 160 formed on the side of the light emitting structure 110 is the secondary light by the second wavelength conversion unit 170 formed on the upper surface of the light emitting structure 110. It can be longer than the wavelength. As such, the secondary light having different wavelengths is obtained by the wavelength conversion parts 160 and 170 separately coated on the side and the upper surface of the light emitting structure 110, thereby reducing reabsorption of light, thereby improving luminance. In addition, by separately coating the first wavelength converter 160 and the second wavelength converter 170 for converting the non-uniform wavelengths of the light emitting structure 110 into different wavelengths, high color rendering of white light can be realized. In addition, since there is no need for a separate etching process for forming trenches or grooves in which the phosphor or the wavelength conversion portion is filled, it is possible to reduce costs in the wafer-level phosphor coating process.

일 실시예로서, 기판(101) 상에 복수의 나노로드 단면 구조의 스트라이프 패턴을 갖는 청색 발광의 발광 구조물(110)을 형성할 수 있다. 이 복수의 발광 구조물(110)은 서로 간격을 두로 나란히 배치될 수 있다. 그리고, 이 청색 발광의 발광 구조물(110)들 사이의 영역에 적색 형광체층으로 된 제1 파장변환부(160)를 형성하고, 제1 파장 변환부(160) 및 발광 구조물(110) 상에는 녹색 형광체층으로 된 제2 파장변환부(170)를 형성할 수 있다. 이 경우, 제1 파장변환부(160)는 발광 구조물(110)에서 방출된 청색광을 적색광으로 변환하고, 제2 파장변환부(170)는 발광 구조물(110)에서 방출된 청색광을 녹색광으로 변환한다. 이러한 적색광, 녹색광 및 발광 구조물(110)에서 방출된 불균일한 청색광이 혼색되어 전체적으로 연색성이 높은 백색광을 출력할 수 있다. 또한, 다른 형광체(예컨대, 녹색 형광체)에서 나온 빛을 형광체(예컨대, 적색 형광체)가 재흡수하는 문제를 줄일 수 있다.
In an embodiment, the light emitting structure 110 of blue light emission having a stripe pattern having a plurality of nanorod cross-sectional structures may be formed on the substrate 101. The plurality of light emitting structures 110 may be arranged side by side at a distance from each other. In addition, a first wavelength converter 160 formed of a red phosphor layer is formed in a region between the blue light emitting structures 110, and a green phosphor is formed on the first wavelength converter 160 and the light emitting structure 110. The second wavelength converter 170 may be formed of a layer. In this case, the first wavelength converter 160 converts the blue light emitted from the light emitting structure 110 into red light, and the second wavelength converter 170 converts the blue light emitted from the light emitting structure 110 into green light. . The red light, green light, and uneven blue light emitted from the light emitting structure 110 may be mixed to output white light having high color rendering property. In addition, it is possible to reduce the problem that the phosphor (eg, red phosphor) reabsorbs light emitted from another phosphor (eg, green phosphor).

도 3은 본 발명의 실시형태에서 채용할 수 있는 활성층의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 나노로드의 단면 형상을 갖는 발광 구조물(110)의 활성층(115)은 n형 질화물 반도체층(111)의 상면과 측면을 덮도록 양자장벽층(115a)과 양자우물층(115b)이 교대로 적층된 다중 양자우물 구조를 가질 수 있다.
3 is a cross-sectional view showing the structure of an active layer that can be employed in the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the active layer 115 of the light emitting structure 110 having the cross-sectional shape of the nanorods may cover the top and side surfaces of the n-type nitride semiconductor layer 111 and the quantum barrier layer 115a and the quantum well. The layers 115b may have a multi-quantum well structure in which alternate layers are stacked.

이하, 더 4 내지 9를 참조하여, 본 발명의 실시형태에 따른 LED 소자의 제조 방법을 설명한다. 이하에서 설명하는 LED 소자의 제조는 웨이퍼 레벨에서 다수개의 소자를 제작하도록 수행될 수 있다. 이 경우 최종 LED 소자를 얻기 위해, 적절한 수의 나노로드 단면 형상의 발광 구조물을 갖는 소자 영역 별로 웨이퍼를 절단 또는 분리하게 된다.
Hereinafter, with reference to further 4-9, the manufacturing method of the LED element which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. Fabrication of the LED devices described below can be performed to fabricate multiple devices at the wafer level. In this case, in order to obtain a final LED device, the wafer is cut or separated for each device region having an appropriate number of nanorod cross-sectional light emitting structures.

먼저, 도 4의 단면도를 참조하면, 사파이어 등의 성장용 기판(101) 상에 n-GaN 등의 n형 하부 질화물 반도체층(103)을 형성하고, 그 위에 마스크층(105)을 증착한다. 다음으로, 도 5의 단면도에 도시된 바와 같이, 마스크층(105)을 패터닝하여 마스크층(105)에 스프라이프 패턴의 오픈 영역(50)을 형성한다. 도 6은 마스크층(105)에 의해 노출되는 오픈 영역(50)을 나타내는 평면도이다.
First, referring to the cross-sectional view of FIG. 4, an n-type lower nitride semiconductor layer 103 such as n-GaN is formed on a growth substrate 101 such as sapphire, and a mask layer 105 is deposited thereon. Next, as shown in the cross-sectional view of FIG. 5, the mask layer 105 is patterned to form an open region 50 of the spreop pattern in the mask layer 105. 6 is a plan view illustrating the open area 50 exposed by the mask layer 105.

다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 마스크층(105)을 성장 마스크로 하여 n-GaN 등의 질화물 반도체를 선택적으로 성장시킴으로써 하부 질화물 반도체층(103) 상에 나노로드의 단면 형상을 갖는 n형 질화물 반도체층(111)을 형성한다. 그리고 나서, n형 질화물 반도체층(110)의 상면 및 측면을 덮도록 활성층(115)을 형성하고, 이 활성층(115)의 상면 및 측면을 덮도록 p형 질화물 반도체층(117)을 형성한다. 이에 따라, 기판 상에는 하나 이상의 나노로드 단면 형상의 발광 구조물(110)을 얻게 된다. 도 2를 참조하여 이미 설명한 바와 같이, 발광 구조물(110)은 스프라이프 패턴으로 연장된 평면도 형상을 갖는다. 발광 구조물(110)의 내부는 내측의 n형 질화물 반도체층(111)가 코어를 형성하고 다른 반도체층들(115, 117)이 쉘을 형성하는 코어-쉘 구조로 되어 있다.
Next, as shown in FIG. 7, the nitride layer, such as n-GaN, is selectively grown using the mask layer 105 as a growth mask, thereby having n having a cross-sectional shape of a nanorod on the lower nitride semiconductor layer 103. The type nitride semiconductor layer 111 is formed. Then, the active layer 115 is formed to cover the top and side surfaces of the n-type nitride semiconductor layer 110, and the p-type nitride semiconductor layer 117 is formed to cover the top and side surfaces of the active layer 115. Accordingly, the light emitting structure 110 having one or more nanorod cross-sectional shapes is obtained on the substrate. As already described with reference to FIG. 2, the light emitting structure 110 has a plan view shape extending in a stripe pattern. The light emitting structure 110 has a core-shell structure in which an inner n-type nitride semiconductor layer 111 forms a core and other semiconductor layers 115 and 117 form a shell.

그 후, 도 8에 도시된 바와 같이, 발광 구조물(110)의 측면에 제1 파장의 빛을 내는 제1 파장변환부(160)를 형성한다. 발광 구조물(110)이 청색 발광을 하는 경우, 제1 파장변환부(160)는 예를 들어 적색 형광체층일 수 있다. 그리고 나서, 도 9에 도시된 바와 같이, 발광 구조물(110)과 제1 파장변환부(160)의 상면에 제2 파장의 빛을 내는 제2 파장변환부(170)를 형성한다. 발광 구조물(110)이 청색 발광을 하는 경우, 제2 파장변환부(170)는 예를 들어 녹색 형광체층일 수 있다. 파장변환부가 도포되는 공간을 마련하기 위한 별도의 반도체 식각은 필요없다. 이에 따라, 도 9에 도시된 바와 같은 LED 소자(100)가 얻어진다.
Thereafter, as illustrated in FIG. 8, a first wavelength conversion unit 160 emitting light having a first wavelength is formed on the side surface of the light emitting structure 110. When the light emitting structure 110 emits blue light, the first wavelength converter 160 may be, for example, a red phosphor layer. Then, as illustrated in FIG. 9, the second wavelength converter 170 emitting the light of the second wavelength is formed on the upper surface of the light emitting structure 110 and the first wavelength converter 160. When the light emitting structure 110 emits blue light, the second wavelength converter 170 may be, for example, a green phosphor layer. There is no need for a separate semiconductor etch to provide a space in which the wavelength conversion portion is applied. Thus, the LED device 100 as shown in FIG. 9 is obtained.

도 10에 도시된 바와 같이, 상술한 바와 같이 얻어진 LED 소자(100)는 적절한 패키지 본체(20)에 탑재되고 와이어 본딩(30)에 의해 패키지 본체(20)의 배선부 혹은 리드에 접속됨으로써, 고휘도, 고출력의 LED 패키지가 구현될 수 있다.
As shown in FIG. 10, the LED element 100 obtained as described above is mounted on an appropriate package body 20 and connected to a wiring portion or lead of the package body 20 by wire bonding 30, thereby providing high brightness. High power LED packages can be implemented.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 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 자에게 자명할 것이다.
The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings. It is intended that the scope of the invention be defined by the appended claims, and that various forms of substitution, modification, and alteration are possible without departing from the spirit of the invention as set forth in the claims. Will be self-explanatory.

100: LED 소자 101: 기판
103: 하부 질화물 반도체층 105: 마스크층
111: n형 질화물 반도체층 115: 활성층
117: p형 질화물 반도체층 110: 발광 구조물
160: 제1 파장변환부 170: 제2 파장변환부100: LED element 101: substrate
103: lower nitride semiconductor layer 105: mask layer
111: n-type nitride semiconductor layer 115: active layer
117: p-type nitride semiconductor layer 110: light emitting structure
160: first wavelength converter 170: second wavelength converter

Claims (13)

기판;
상기 기판 상에서 스트라이프 패턴으로 형성되며, 상기 스트라이프 패턴의 길이 방향에 수직으로 자른 단면이 나노로드 형상이고, 상기 나노로드 형상의 단면에서 코어(core)부를 이루는 제1 도전형 반도체층과 상기 제1 도전형 반도체층을 순차적으로 덮어 쉘(shell)부를 이루는 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 하나 이상의 질화물 반도체 발광 구조물;
상기 발광 구조물의 측면에 형성되며, 상기 발광 구조물의 방출광을 제1 파장으로 변환하는 제1 파장변환부; 및
상기 발광 구조물의 상면에 형성되며, 상기 발광 구조물의 방출광을 상기 제1 파장과 다른 제2 파장으로 변환하는 제2 파장변환부를 포함하는, LED 소자.
Board;
The first conductive semiconductor layer and the first conductive layer formed in a stripe pattern on the substrate, and having a cross section perpendicular to the length direction of the stripe pattern having a nanorod shape and forming a core portion in the cross section of the nanorod shape. At least one nitride semiconductor light emitting structure including an active layer and a second conductivity type semiconductor layer which sequentially cover the type semiconductor layer to form a shell portion;
A first wavelength conversion unit formed on a side of the light emitting structure and converting the emitted light of the light emitting structure into a first wavelength; And
And a second wavelength conversion unit formed on an upper surface of the light emitting structure and converting the emission light of the light emitting structure into a second wavelength different from the first wavelength.
제1항에 있어서,
상기 제1 파장은 상기 제2 파장보다 작은 것을 특징으로 하는 LED 소자.
The method of claim 1,
And the first wavelength is smaller than the second wavelength.
제1항에 있어서,
상기 발광 구조물은 청색광을 발하는 질화물 반도체 발광 구조물이고, 상기 제1 파장변환부는 상기 발광 구조물의 방출광을 적색으로 변환하는 적색 형광체층이고, 상기 제2 파장변환부는 상기 발광 구조물의 방출광을 녹색으로 변환하는 녹색 형광체층인 것을 특징으로 하는 LED 소자.
The method of claim 1,
The light emitting structure is a nitride semiconductor light emitting structure that emits blue light, the first wavelength converting portion is a red phosphor layer converting the emission light of the light emitting structure into red, and the second wavelength conversion portion converts the emission light of the light emitting structure into green. An LED element, characterized in that the green phosphor layer to be converted.
제1항에 있어서,
상기 발광 구조물의 상면은 (0002)면이고, 상기 발광 구조물의 측면은 (11-20)면 또는 (1-100)면인 것을 특징으로 하는 LED 소자.
The method of claim 1,
The upper surface of the light emitting structure is a (0002) plane, the side of the light emitting structure is characterized in that the (11-20) plane or (1-100) plane.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 발광 구조물의 상면으로부터 나오는 빛의 파장은 상기 발광 구조물의 측면으로부터 나오는 빛의 파장보다 작은 것을 특징으로 하는 LED 소자.
The method according to claim 1 or 4,
The wavelength of light emitted from the upper surface of the light emitting structure is smaller than the wavelength of light emitted from the side of the light emitting structure LED device.
제1항에 있어서,
상기 LED 소자는 상기 기판과 상기 발광 구조물 사이에 형성된 제1 도전형의 하부 질화물 반도체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 소자.
The method of claim 1,
The LED device further comprises a lower nitride semiconductor layer of a first conductivity type formed between the substrate and the light emitting structure.
제1항에 있어서,
상기 활성층은 상기 제1 도전형 반도체층의 상면 및 측면을 덮도록 양자장벽층과 양자우물층이 교대로 적층된 다중 양자우물 구조로 된 것을 특징으로 하는 LED 소자.
The method of claim 1,
The active layer is a LED device, characterized in that the quantum barrier layer and the quantum well layer alternately stacked to cover the upper surface and the side of the first conductivity-type semiconductor layer structure.
제1항에 있어서,
상기 기판 상에 형성되어 상기 제1 도전형 반도체층이 위치하는 영역을 오픈시키는 마스크층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 소자.
The method of claim 1,
And a mask layer formed on the substrate to open a region in which the first conductive semiconductor layer is located.
제1항에 있어서,
상기 LED 소자는 상기 질화물 반도체 발광 구조물을 복수개로 포함하되, 상기 복수개의 질화물 반도체 발광 구조물은 서로 이격 배치되고, 상기 제1 파장 변환부는 상기 복수개의 질화물 반도체 발광 구조물 사이에 채워져 있고, 상기 제2 파장 변환부는 상기 제1 파장변환부 및 복수개의 질화물 반도체 발광 구조물 상에 배치된 것을 특징으로 하는 LED 소자.
The method of claim 1,
The LED device may include a plurality of nitride semiconductor light emitting structures, wherein the plurality of nitride semiconductor light emitting structures are spaced apart from each other, and the first wavelength conversion part is filled between the plurality of nitride semiconductor light emitting structures, and the second wavelength. And a conversion unit is disposed on the first wavelength conversion unit and the plurality of nitride semiconductor light emitting structures.
기판 상에 하나 이상의 질화물 반도체 발광 구조물을 스트라이프 패턴으로 형성하되, 상기 스트라이프 패턴의 길이 방향에 수직으로 자른 단면이 나노로드 형상으로 되고 상기 나노로드 형상의 단면에서 코어(core)부를 이루는 제1 도전형 반도체층과 상기 제1 도전형 반도체층을 순차적으로 덮어 쉘(shell)부를 이루는 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하도록 상기 질화물 반도체 발광 구조물을 형성하는 단계;
상기 발광 구조물의 측면에, 상기 발광 구조물의 방출광을 제1 파장으로의 변환을 위한 제1 파장변환층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 도전형 반도체층의 상면에, 상기 발광 구조물의 방출광을 상기 제1 파장과 다른 제2 파장으로의 변환을 위한 제2 파장변환층을 형성하는 단계를 포함하는 LED 소자의 제조 방법.
A first conductive type in which at least one nitride semiconductor light emitting structure is formed on a substrate in a stripe pattern, wherein a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the stripe pattern is in a nanorod shape, and forms a core part in the cross-section of the nanorod shape. Forming the nitride semiconductor light emitting structure to sequentially cover the semiconductor layer and the first conductivity type semiconductor layer to include an active layer and a second conductivity type semiconductor layer forming a shell portion;
Forming a first wavelength conversion layer on a side of the light emitting structure, for converting the emitted light of the light emitting structure into a first wavelength; And
And forming a second wavelength conversion layer on the upper surface of the second conductivity type semiconductor layer for converting the emission light of the light emitting structure into a second wavelength different from the first wavelength.
제10항에 있어서,
상기 질화물 반도체 발광 구조물을 형성하는 단계는,
나노로드 형상의 단면을 갖는 제1 도전형 반도체층을 상기 기판 상에 스프라이프 패턴으로 형성하는 단계;
상기 제1 도전형 반도체층의 측면 및 상면을 덮도록 활성층을 형성하는 단계; 및
상기 활성층의 상면 및 측면을 덮도록 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 소자의 제조 방법.
The method of claim 10,
Forming the nitride semiconductor light emitting structure,
Forming a first conductive semiconductor layer having a nanorod-shaped cross section in a stripe pattern on the substrate;
Forming an active layer to cover side and top surfaces of the first conductivity type semiconductor layer; And
Forming a second conductive semiconductor layer to cover the upper surface and the side surface of the active layer.
제10항에 있어서,
상기 제1 도전형 반도체층을 스트라이프 패턴으로 형성하는 단계는,
상기 기판 상에 스트라이프 패턴의 오픈 영역을 갖는 마스크층을 형성하는 단계; 및
상기 마스크층을 성장 마스크로 하여 상기 오픈 영역에 제1 도전형 반도체층을 선택적으로 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 소자의 제조 방법.
The method of claim 10,
Forming the first conductive semiconductor layer in a stripe pattern,
Forming a mask layer having an open area of a stripe pattern on the substrate; And
Selectively growing a first conductive semiconductor layer in the open region using the mask layer as a growth mask.
제10항에 있어서,
상기 발광 구조물은 청색광을 방출하는 질화물 반도체 물질로 형성되고, 상기 제1 파장변환부는 청색곽을 적색으로 변환하는 적색 형광체층으로 형성되고, 상기 제2 파장변환부는 청색광을 녹색으로 변환하는 녹색 형광체층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 소자의 제조 방법. The method of claim 10,
The light emitting structure is formed of a nitride semiconductor material that emits blue light, the first wavelength conversion part is formed of a red phosphor layer converting a blue region into red, and the second wavelength conversion part is a green phosphor layer converting blue light to green. Method for manufacturing an LED device, characterized in that formed.
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