KR20110107619A - 반도체 발광소자 및 그 제조방법, 이를 이용한 패키지 - Google Patents

반도체 발광소자 및 그 제조방법, 이를 이용한 패키지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 백색 발광이 용이한 다중 발광 구조의 활성층을 갖는 반도체 발광소자 및 그 제조방법, 상기 반도체 발광소자를 이용한 패키지에 관한 것으로서, 상기 반도체 발광소자는, 제1면 및 상기 제1면과 대향하는 제2면을 갖는 n형 반도체층; 상기 n형 반도체층의 제1면 중 일부 영역 상에 형성되며 제1 파장 대역의 광을 방출하는 제1 활성영역과, 상기 n형 반도체층의 제1면 중 상기 제1 활성영역이 형성된 영역을 제외한 영역 상에 상기 제1 활성영역과 인접하여 형성되며 제2 파장 대역의 광을 방출하는 제2 활성영역을 구비하는 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성되는 p형 반도체층;을 포함한다.

Description

반도체 발광소자 및 그 제조방법, 이를 이용한 패키지 {Semiconductor light emitting device, Method of manufacturing thereof and Package using the semiconductor light emitting device}
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 특히, 백색 발광이 용이한 다중 발광 구조의 활성층을 갖는 반도체 발광소자 및 그 제조방법, 상기 반도체 발광소자를 이용한 패키지에 관한 것이다.
반도체 발광소자(Light Emitting Diode, LED)는 전류가 가해지면, p형 및 n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 LED는 고휘도 LED 소자의 개발이 활발히 진행되면서, 자동차용 광원, 전광판,조명, 디스플레이의 백라이트 유닛(Backlight unit)용 광원 등과 같이 다양한 응용분야에 이용되고 있으며, 이를 위해 형광물질을 이용하거나 LED의 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색광을 구현하고 있다.
이러한 반도체 발광소자의 백색광을 구현하는 방법 중 일반적인 방법은 패키지 본체에 청색 발광다이오드 칩을 실장하고, 상기 발광다이오드 칩을 봉지하도록 포장 수지부를 형성한다. 이때, 포장 수지부에 적색 및 녹색 형광물질을 혼합하여 분산시키거나, 수직 방향으로 형광체층을 적층하는 것에 의해 백색 광원을 구현하는데, 여기서 적색 및 녹색 형광물질의 광전환 효율이 서로 다르고, 또한 형광물질에 의해 방출되는 빛 중 파장이 짧은 빛은 다른 형광물질에 의해 재흡수되므로 형광체의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
반도체 발광소자의 백색광을 구현하는 방법 중 다른 방법으로는, 삼색에 해당하는 각 색 LED를 조합하여 백색 광원을 구현하는 방법이다. 이 경우, 이미 완성된 각각의 LED를 이용하므로 제조원가가 상승할 뿐만 아니라, 원하는 백색 광원을 얻기 위해 각 LED의 전류를 개별로 조절해야 하고, 이를 위한 복잡한 회로 구성이 요구되는 문제점이 있다.
상술한 종래의 문제점을 개선하기 위해서, 본 발명은 서로 다른 파장의 광을 적어도 2개 이상 발생할 수 있는 다중 발광 구조를 갖는 단일 소자 형태의 반도체 발광소자를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기 반도체 발광소자를 제조하는 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기 반도체 발광소자를 이용한 패키지를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상술한 목적을 구현하기 위해서, 본 발명의 일 실시형태는, 제1면 및 상기 제1면과 대향하는 제2면을 갖는 n형 반도체층; 상기 n형 반도체층의 제1면 중 일부 영역 상에 형성되며 제1 파장 대역의 광을 방출하는 제1 활성영역과, 상기 n형 반도체층의 제1면 중 상기 제1 활성영역이 형성된 영역을 제외한 영역 상에 상기 제1 활성영역과 인접하여 형성되며 제2 파장 대역의 광을 방출하는 제2 활성영역을 구비하는 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성되는 p형 반도체층;을 포함하는 반도체 발광소자를 제공한다.
이 경우, 상기 활성층은, 상기 n형 반도체층의 제1면 중 상기 제1 및 제2 활성영역이 형성된 영역을 제외한 영역 상에 형성되며, 제3 파장 대역의 광을 방출하는 제3 활성영역;을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 활성층은, 상기 각 활성영역의 마주보는 측면에 형성되어 각 활성영역을 서로 전기적으로 분리하는 절연막;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 활성영역은 청색광 또는 녹색광을 발생하며, 상기 제2 활성영역은 청색광 및 녹색광 중 상기 제1 활성영역과 다른 광을 발생하는 것이며, 상기 제1 및 제2 활성영역은 GaN/InGaN 계 다중양자우물 구조로 이루어지는 것이며, 상기 제3 활성영역은 적색광을 방출하는 것이며, 상기 제3 활성영역은 AlGaInP계, GaAs계 및 AlGaInN계로 구성된 그룹 중 선택되는 반도체 물질로 이루어진 다중양자우물 구조일 수 있다. 또한, 상기 활성영역은 스트라이프 형상일 수 있으며, 또한, 상기 활성영역은 격자 구조일 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광소자는, 상기 p형 반도체층 및 상기 활성층의 일부가 제거되어 노출된 상기 n형 반도체층의 제1면에 형성된 n형 전극; 및 상기 p형 반도체층 상에 형성된 p형 전극;을 포함할 수 있으며, 상기 n형 반도체층의 제2면에 형성되며, 전기적 절연성을 갖는 성장용 기판;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광소자는, 상기 n형 반도체층의 제2면에 형성된 n형 전극; 및 상기 p형 반도체층 상에 형성된 도전성 기판;을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시형태는, 제1면 및 상기 제1면과 대향하는 제2면을 갖는 n형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n형 반도체층의 제1면 중 일부 영역 상에 제1 파장 대역의 광을 방출하는 제1 활성영역을 형성하는 단계; 상기 n형 반도체층의 제1면 중 상기 제1 활성영역이 형성된 영역을 제외한 영역 상에 상기 제1 활성영역과 인접하며, 제2 파장 대역의 광을 방출하는 제2 활성영역을 형성하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 활성영역 상에 p형 반도체층을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법을 제공한다.
이 경우, 상기 방법은, 상기 n형 반도체층의 제1면 중 상기 제1 및 제2 활성영역이 형성된 영역을 제외한 영역 상에 제3 파장 대역의 광을 방출하는 제3 활성영역을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 방법은, 상기 제2 활성영역을 형성하는 단계 전에, 상기 제1 활성영역의 측면에 절연막을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 방법은, 상기 제3 활성영역을 형성하는 단계 전에, 상기 제1 및 제2 활성영역의 측면에 절연막을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 활성영역을 형성하는 단계는, 상기 n형 반도체층의 제1면 전체에 제1 활성영역을 형성하는 단계; 및 상기 제1 활성영역의 일부 영역을 제거하여 상기 n형 반도체층의 제1면을 노출시키는 단계;로 이루어지며, 상기 제2 활성영역을 형성하는 단계는, 상기 제1 활성영역이 제거되어 노출된 n형 반도체층의 제1면 상에 상기 제2 활성영역 형성하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 제1 활성영역을 형성하는 단계는, 청색광을 방출하도록 GaN/InGaN계 다중양자우물 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제2 활성영역을 형성하는 단계는, 녹색광을 방출하도록 GaN/InGaN계 다중양자우물 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제3 활성영역을 형성하는 단계는, 적색광을 방출하도록 AlGaInP계, GaAs계 및 AlGaInN계로 구성된 그룹으로부터 선택된 반도체 물질로 형성되는 것일 수 있다.
또한, 상기 p형 반도체층 및 상기 제1 활성영역의 일부 영역을 제거하여 노출되는 n형 반도체층의 제1면 상에 n형 전극을 형성하는 단계; 및 상기 p형 반도체층 상에 p형 전극을 형성하는 단계;를 포함할 수 있으며, 상기 방법은, 상기 n형 반도체층의 제2면에, 전기적 절연성을 갖는 성장용 기판을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법은, 상기 n형 반도체층의 제2면에 n형 전극을 형성하는 단계; 및 상기 p형 반도체층 상에 도전성 기판을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시형태는, 전기적 절연성을 갖는 패키지 본체; 상기 패키지 본체와 각각 결합되되 서로 마주보도록 배치된 제1 및 제2 리드 프레임; 상기 제1 및 제2 리드 프레임 중 하나의 상면에 실장되며, 제1면 및 상기 제1면과 대향하는 제2면을 갖는 n형 반도체층과, 상기 n형 반도체층의 제1면 상에 형성되며 제1 파장 대역의 광을 방출하는 제1 활성영역 및 상기 n형 반도체층의 제1면 중 상기 제1 활성영역이 형성된 영역을 제외한 영역 상에 상기 제1 활성영역과 인접하여 형성되며 제2 파장 대역의 광을 방출하는 제2 활성영역을 구비하는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되는 p형 반도체층과, 상기 n형 및 p형 반도체층과 각각 전기적으로 연결된 n형 및 p형 전극으로 구성되는 적어도 하나의 반도체 발광소자; 상기 제1 및 제2 리드프레임 중 상기 반도체 발광소자가 실장되지 않은 리드프레임과 상기 반도체 발광소자의 n형 및 p형 전극을 전기적으로 연결하는 와이어; 및 상기 반도체 발광소자를 덮도록 밀봉된 포장 수지부;를 포함하는 반도체 발광소자 패키지를 제공한다.
이 경우, 상기 제1 활성영역은 녹색광 또는 청색광을 발생하며, 상기 제2 활성영역은 녹색광 및 청색광 중 상기 제1 활성영역과 다른 광을 발생할 수 있으며, 상기 포장 수지부는 적색형광체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 활성영역은 GaN/InGaN 계 다중양자우물 구조로 이루어질 수 있으며, 상기 활성층은 상기 n형 반도체층의 제1면 중 상기 제1 및 제2 활성영역이 형성된 영역을 제외한 영역 상에 형성될 수 있으며, 제3 파장 대역의 광을 방출하는 제3 활성영역;을 더 포함할 수 있으며, 상기 제3 활성영역은 AlGaInP계, GaAs계 및 AlGaInN계로 구성된 그룹 중 선택되는 반도체 물질로 이루어진 다중양자우물 구조일 수 있으며, 상기 활성층은 상기 각 활성영역의 마주보는 측면에 형성되어 각 활성영역을 서로 전기적으로 분리하는 절연막;을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 서로 다른 2개 이상의 파장대역의 광을 방출할 수 있는 활성층을 단일 소자 내에 구현함으로써 백색 발광소자의 구현이 용이하여 제조비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 서로 다른 2개 이상의 파장대역의 광을 방출할 수 있는 복수의 활성층을 단일 소자로 구현함에 있어서, 적층방향에 대해 수직한 방향으로 상기 복수의 활성층을 형성함으로써 색재현성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 2 내지 도 도 6은 도 1에 도시된 반도체 발광소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정별 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 8 내지 도 13은 도 7에 도시된 반도체 발광소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정별 측단면도이다.
도 14 및 도 15는 도 1에 도시된 제1 실시형태의 반도체 발광소자에 전극 구조를 채용한 경우를 도시한 측단면도이다.
도 16은 도 14에 도시된 반도체 발광소자를 채용한 패키지를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 제1 실시형태에 따른 반도체 발광소자(100)는, 제1면 및 상기 제1면과 대향하는 제2면을 갖는 하나의 n형 반도체층(120)과, 상기 n형 반도체층(120)의 동일한 면, 즉, 제1면에 수평방향으로 나란히 형성되는 제1 및 제2 활성영역(131, 133)을 구비하는 활성층(130)과, 활성층(130) 상에 형성된 p형 반도체층(150)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 활성영역(131, 133)은 서로 다른 파장대역을 갖는 광을 발산한다. 그리고, 상기 활성층(130)은 제1 및 제2 활성영역(131, 133) 사이에 형성된 절연막(140)을 더 구비하면, 상기 절연막(140)에 제1 및 제2 활성영역(131, 133)은 서로 전기적으로 절연된다.
이때, n형 및 p형 반도체층(120, 150)은 반도체, 즉, AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 n형 불순물 및 p형 불순물이 도핑 된 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 대표적으로, GaN, AlGaN, InGaN이 있다. 상기 n형 불순물로 Si, Ge, Se, Te 등이 사용될 수 있으며, 상기 p형 불순물로는 Mg, Zn, Be 등이 사용될 수 있다. 이러한 n형 및 p형 반도체층(120, 150)은 당 기술 분야에서 공지된 MOCVD, MBE, HVPE 공정 등으로 성장될 수 있다.
그리고, n형 및 p형 반도체층(120, 150) 사이에 형성된 활성층(130)은 전자와 정공의 발광 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, n형 반도체층(120) 상에 적어도 하나의 양자우물층과 적어도 하나의 양자장벽층이 교대로 적층된 구조이며, 예를 들어, InGaN 양자우물층과 GaN 양자장벽층이 교대로 적층된 구조를 갖는 다중양자우물(Multi-Quantum Well) 구조로 형성될 수 있다.
특히, 본 실시형태(100)에서, 활성층(130)은 서로 다른 2개의 파장대역을 갖는 광을 발생하며, 적어도 하나의 제1 활성영역(131)과 제2 활성영역(133)으로 구성된다. 제1 활성영역(131)은 청색광을 발생하기 위한 GaN/InGaN계 다중양자우물 구조일 수 있으며, 제2 활성영역(133)은 녹색광을 발생하기 위한 GaN/InGaN계 다중우물구조일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 활성영역(131)이 녹색광을, 제2 활성영역(133)이 청색광을 발생할 수 있다.
이러한 제1 및 제2 활성영역(131, 133)은 n형 반도체층(120)의 동일한 면, 즉 제1면 상에 수평방향으로, 즉, 적층방향의 수직한 방향으로 나란히 배치되며, 서로 마주보는 측면이 전기적으로 분리된 구조를 갖는다. 이러한 분리구조는 제1 및 제2 활성영역(131, 133)의 마주한 측면 사이에 형성된 절연막(140)에 의해 구현된다. 상기 절연막(140)은 SiO2, SiN, Si3N4 등의 통상적인 절연물질을 이용할 수 있다.
이와 같이, 본 제1 실시형태의 반도체 발광소자(100)는 이후, 전류가 공급될 경우, 제1 및 제2 활성영역(131, 133) 각각에서 발생되는 광과, 적색형광체의 조합만으로 용이하게 백색광을 생성할 수 있다.
도 2 내지 도 도 6은 도 1에 도시된 반도체 발광소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정별 측단면도이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 제1면 및 상기 제1면과 대향하는 제2면을 갖는 n형 반도체층(120)을 마련하고, 상기 n형 반도체층(120) 상에 제1 활성영역(131)을 형성한다. 이때, 제1 활성영역(131)은 n형 반도체층(120)의 제1면 전체에 형성될 수 있다. 그리고, 도시하지는 않았지만, n형 반도체층(120)은 성장용 기판 상에 형성된 것일 수 있다.
이어서, 도 3을 참조하면, n형 반도체층(120)의 제1면이 노출되도록 제1 활성영역(131)의 일부 영역을 선택적으로 식각하여 제거한다. 이로 인해, 후속 공정에서 제2 활성영역이 형성될 영역이 마련된다. 즉, n형 반도체층(120)의 제1면이 노출되도록 제1 활성영역(131)이 제거된 영역이 이후 제2 활성영역이 형성될 영역이 된다.
그 다음에, 도 4를 참조하면, 도 3에서 얻어진 구조물의 전체 표면에 절연막(140)을 형성한다. 그런 다음, 제2 활성영역 및 p형 반도체층을 형성할 영역의 절연막(140)을 제거한다. 즉, n형 반도체층(120)의 상면, 즉, 제1면과, 제1 활성영역(131)의 상면에 형성된 절연막(140)을 제거한다. 이는 제2 활성영역이 n형 및 p형 반도체층과 전기적으로 연결되도록 하기 위해서이다. 이러한 공정을 통해, 절연막(140)은 제1 및 제2 활성영역이 서로 마주하는 측면을 접하지 않도록 분리시킬 수 있다.
이어서, 도 5를 참조하면, 제1 활성영역(131) 제거되어 노출된 n형 반도체층(120) 상에 제2 활성영역(133)을 형성한다. 여기서, 제2 활성영역(133)은 제1 활성영역(131)과 다른 파장대역의 광을 발생한다. 그리고, 제2 활성영역(133)을 형성한 후, 전체 표면이 평탄화도록 제1 및 제2 활성영역(131, 133)을 소정의 두께로 식각할 수 있다.
최종적으로, 도 6을 참조하면, 도 5에서 얻어진 구조물 상에 p형 반도체층(150)을 형성한다. 이로써, 도 1에 도시된 제1 실시형태의 반도체 발광소자(100)가 제작된다.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 도시한 측단면도이다. 여기서, 도 7에 도시된 제2 실시형태의 반도체 발광소자(200)는 그 구성이 도 1에 도시된 제2 실시형태(100)와 실질적으로 동일하다. 다만, 활성층(230)이 제1 내지 제3 활성영역(231, 233, 235)로 구성된 점에서 차이가 있으므로, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하고, 달라지는 구성에 대해서만 설명한다.
도 7을 참조하면, 본 제2 실시형태에 따른 반도체 발광소자(200)는, 제1면 및 제1면과 대향하는 제2면을 갖는 하나의 n형 반도체층(220)과, 상기 n형 반도체층(220)의 동일한 면, 즉, 제1면 상에 수평방향으로 나란히 형성되는 제1 내지 제3 활성영역(231, 233, 235)을 구비하는 활성층(230)과, 활성층(230) 상에 형성된 p형 반도체층(250)을 포함한다. 상기 제1 내지 제3 활성영역(231, 233, 235)은 서로 다른 파장대역을 갖는 광을 발생한다. 그리고, 상기 활성층(230)은 각 활성영역 사이에 형성된 절연막(240)을 더 구비하며, 제1 내지 제3 활성영역(231, 233, 235) 각각은 절연막(240)에 의해 서로 전기적으로 절연된다.
제1 내지 제3 활성영역(231, 233, 235)은 서로 다른 파장대역을 갖는 광을 발생하도록 형성되며, 예를 들어, 제1 활성영역(231)은 녹색광을, 제2 활성영역(233)은 청색광을, 제3 활성영역(235)은 적색광을 발생할 수 있다.
이때, 제1 및 제2 활성영역(231, 233)은 각각 녹색광 및 청색광을 발생하는 GaN/InGaN계 다중양자우물 구조를 가지며, 제3 활성영역(235)은 적색광을 발생하도록 AlGaInP계, GaAs계 및 AlGaInN계로 구성된 그룹으로부터 선택된 반도체 물질로 형성된 다중양자우물구조일 수 있다.
여기서, AlGaInP계는 AlvInwGa(1-v-w)N 조성식 (여기서, 0≤v≤1, 0≤w≤1, 0≤v+w≤1임)을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 대표적으로 InP, GaP, AlGaP, AlGaInP가 있고, AlGaInN계는 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식 (여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 대표적으로 GaN, AlGaN, InGaN이 있다.
이와 같이, 본 제2 실시형태의 반도체 발광소자(200)는 이후, 전류가 공급될 경우, 제1 내지 제3 활성영역(231, 233, 235) 각각에서 발생되는 삼색의 광이 합성되어 형광체 없이 백색광을 생성할 수 있다.
도 8 내지 도 13은 도 7에 도시된 반도체 발광소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정별 측단면도이다.
먼저, 도 8을 참조하면, 제1면 및 제1면과 대향하는 제2면을 갖는 n형 반도체층(220)을 마련하고, 상기 n형 반도체층(220)의 제1면 상에 제1 활성영역(231)을 형성한다. 이때, 제1 활성영역(231)은 n형 반도체층(220)의 제1면 전체에 형성될 수 있다. 그리고, n형 반도체층(220)은 GaN 단결정 기판일 수 있으며, 또한, 도시하지는 않았지만, 성장용 기판 상에 형성된 것일 수 있다. 그리고, 제1 활성영역(231)은 GaN/InGaN계 다중양자우물 구조로 형성될 수 있다.
이어서, 도 9를 참조하면, n형 반도체층(220)의 제1면이 노출되도록 제1 활성영역(231)의 일부 영역을 선택적으로 식각하여 제거한다. 이로 인해, 후속 공정에서 제2 및 제3 활성영역이 형성될 영역이 마련된다. 즉, 제1 활성영역(231)이 제거되어 n형 반도체층(220)의 상면, 즉 제1면이 노출된 영역이 이후 제2 및 제3 활성영역이 형성될 영역이 된다. 그런 다음, 제1 활성영역(231) 및 n형 반도체층(220)의 전체 표면에 절연막(240)을 형성한 후, 제2 및 제3 활성영역 및 p형 반도체층을 형성할 영역의 절연막(240)을 제거한다. 즉, 노출된 n형 반도체층(220)의 상면과, 제1 활성영역(231)의 상면에 형성된 절연막(240)을 제거한다. 이는 제2 및 제3 활성영역이 n형 및 p형 반도체층과 전기적으로 연결되도록 하기 위해서이다. 이러한 공정을 통해, 절연막(240)은 제1 내지 제3 활성영역이 서로 마주하는 측면을 접하지 않도록 분리시킬 수 있다.
이어서, 도 10을 참조하면, 제1 활성영역(231)이 제거되어 노출된 n형 반도체층(220)의 제1면 상에 제2 활성영역(233)을 형성한다. 여기서, 제2 활성영역(233)은 제1 활성영역(231)과 다른 파장대역의 광을 발생한다. 그리고, 제2 활성영역(233)을 형성한 후, 전체 표면이 평탄화도록 제1 및 제2 활성영역(231, 233)을 소정의 두께로 식각할 수 있다.
그 다음에, 도 11을 참조하면, 도 10에서 얻어진 구조물에서 제2 활성영역(233)의 일부 영역을 식각하여 n형 반도체층(220)을 노출시킨다. 여기서, n형 반도체층(220)이 노출되는 영역은 이후 제3 활성영역(235)이 형성되는 영역이다. 그런 다음, 전체 표면에 절연막(245)을 형성하고, n형 반도체층(220) 상면 및 제1 및 제2 활성영역(231, 233) 상면에 형성된 절연막(245)을 제거한다.
이어서, 도 12를 참조하면, n형 반도체층(220) 상면이 노출된 영역에 제3 활성영역(235)을 형성한다. 이때, 제3 활성영역(235)은 적색광을 발생하도록 AlGaInP, GaP, GaAs 및 InN으로 구성된 그룹으로부터 선택된 반도체 물질로 형성된 다중양자우물 구조 또는 GaN/InGaN계 다중양자우물 구조로 형성될 수 있다. 그런 다음, 전체 표면을 평탄화하기 위해 활성층(230)을 소정 두께로 제거할 수 있다.
최종적으로, 도 13을 참조하면, 도 12에서 얻어진 구조물 상에 p형 반도체층(250)을 형성한다. 이로써, 도 7에 도시된 제2 실시형태의 반도체 발광소자(200)가 제작된다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 제1 실시형태의 반도체 발광소자에 전극 구조를 채용한 경우를 개략적으로 나타낸 측단면도이다. 여기서, 제1 실시형태의 반도체 발광소자(100)를 이용한 경우에 대해 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 실시형태의 반도체 발광소자 대신에 제2 실시형태의 반도체 발광소자(200)를 채용할 수 있는 것은 당업자에게 자명한 사항일 것이다.
먼저, 도 14는 도 1에 도시된 제1 실시형태의 반도체 발광소자에 수평 전극 구조를 채용한 경우를 개략적으로 나타낸 측단면도이다. 도 14를 참조하면, 본 실시형태의 반도체 발광소자(300)는 기판(310) 상에 n형 반도체층(320), 활성층(330) 및 p형 반도체층(350)이 순차 적층된 구조를 가진다. 그리고, 활성층(330) 및 p형 반도체층(350)의 일부 영역이 메사 식각되어 노출되는 n형 반도체층(320) 상에 n형 전극(360)을 형성하고, p형 반도체층(350) 상에 p형 전극(370)을 형성한다. 이때, p형 전극(370)은 각 활성층에 전류를 주입하기 위해 p형 반도체층(350) 전면에 형성되는 것이 바람직하며, 활성층으로부터 발생된 광이 투과되도록 투명전극으로 형성될 수 있다.
도 15는 도 1에 도시된 제1 실시형태의 반도체 발광소자에 수직 전극 구조를 채용한 경우를 개략적으로 나타낸 측단면도이다. 도 5를 참조하면, 본 실시형태의 반도체 발광소자(400)는 p형 반도체층(450) 상에 p형 전극(470)을 형성한다. 이때, p형 전극(490)은 전극으로 기능할 수 있는 것이라면 그 형상이나 물질에 제한이 없으나, 본 발광소자를 지지할 수 있는 지지기판으로 기능하도록 상대적으로 두껍게 형성시킬 수 있다. 즉, p형 전극(470)은 도전성 기판으로 제공될 수 있다. 그리고, n형 반도체층(420) 상에 n형 전극(460)이 형성된다. 이때, n형 반도체층(420)은 성장용 기판(미도시) 상에 성장될 수 있으며, 이후 p형 반도체층(450)에 p형 전극(470)이 형성된 후, n형 전극(460)을 형성하기 위해, 레이저 리프트오프(Laser Lift Off, LLO) 공정 등을 이용하여 제거된다.
도 16은 본 발명의 일실시형태에 따른 반도체 발광소자 패키지를 개략적으로 도시한 측단면도이다. 여기서, 본 발명의 반도체 발광소자 패키지는 도 14에 도시된 반도체 발광소자와 유사한 구조를 갖는 반도체 발광소자를 포함한다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 15에 도시된 수직 전극 구조의 반도체 발광소자와 유사한 구조를 갖는 반도체 발광소자를 포함할 수 있다.
도 16을 참조하면, 본 실시형태의 반도체 발광소자 패키지(500)는 패키지 본체(510), 패키지 본체(510)에 몰딩되며 서로 이격되도록 배치된 한 쌍의 리드프레임(520), 적어도 하나의 리드프레임 상에 실장된 반도체 발광소자(300), 반도체 발광소자(300)와 한 쌍의 리드프레임(520)을 전기적으로 연결하는 본딩와이어(W) 및 반도체 발광소자(300)를 봉지하는 포장수지부(540)를 포함한다. 그리고, 반도체 발광소자 패키지(500)는 반도체 발광소자(300)를 둘러싸도록 홈부가 형성된 반사컵(530)이 리드프렘의 위치를 기준으로 패키지 본체(510) 상부에 형성될 수 있다. 이때, 반사컵(530)은 패키지 본체(510) 상에 환상으로 형성되고, 반사컵(530)의 홈부에 의해 반도체 발광소자(300)의 실장영역이 정의되며, 적어도 하나의 리드프레임이 홈부 바닥에 노출되어 실장영역을 제공한다. 즉, 수지포장부(540)는 반사컵(530)의 홈부를 채울도록 형성될 수 있다. 또한, 반사컵(530)의 측벽은 반도체 발광소자(300)에서 방출된 빛을 원하는 방향으로 반사시키기 위해 경사진 반사면으로 형성될 수 있으며, 패키지 본체(510)와 일체로 형성될 수도 있다.
그리고, 반도체 발광소자(300)는 접착제 등에 의하여 적어도 하나의 리드프레임(520) 상에 본딩될 수 있으며, 본딩와이어(W)를 통해 외부 전원으로부터 전류를 입력받아 미리 정해진 파장의 빛을 생성한다. 즉, 반도체 발광소자(300)는 서로 다른 파장대역을 갖는 광을 발생하는 제1 활성영역 및 제2 활성영역을 구비하고 있으므로, 각각 녹색광과 청색광을 발생하여 방출한다.
그리고, 포장수지부(540)는 반사컵(530)의 홈부에 반도체 발광소자(300), 본딩와이어(W) 및 한 쌍의 리드프레임(520)을 덮도록 채워진다. 이때, 포장수지부(540)는 반도체 발광소자(300)의 방출 파장을 다른 파장의 광으로 변환하는 형광체가 포함될 수 있다. 본 실시형태에서는, 백색광을 방출할 수 있도록 적색형광체가 포함된다. 즉, 반도체 발광소자(300)의 활성층에서 각각 녹색광과 청색광이 방출되고, 삼색광의 혼합에 의해 백색광이 방출되기 위해서는 적색형광체가 사용될 필요가 있으며, 이러한 적색형광체가 포장수지부(540)에 적절하게 혼합되어 사용된다.
한편, 본 실시형태에서, 도 7에 도시된 제2 실시형태의 반도체 발광소자(200)를 채용한 경우에는, 제1 내지 제3 활성영역에서 각각 녹색광, 청색광 및 적색광의 삼색광이 발생하고, 상기 삼색광의 혼합에 의해 백색광이 방출되므로 포장 수지부에 형광체가 혼합될 필요가 없다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.
100, 200, 300, 400: 반도체 발광소자 310: 기판
120, 220, 320, 420: n형 반도체층 130, 230, 330, 430: 활성층
131, 231, 331, 431: 제1 활성영역 133, 233, 333, 433: 제2 활성영역
140, 240, 340, 440: 절연막 150, 250, 350, 450: p형 반도체층
370, 470: p형 전극 500: 반도체 발광소자 패키지
510: 패키지 본체 520: 리드프레임
530: 반사컵 540: 수지포장부

Claims (31)

  1. 제1면 및 상기 제1면과 대향하는 제2면을 갖는 n형 반도체층;
    상기 n형 반도체층의 제1면 중 일부 영역 상에 형성되며 제1 파장 대역의 광을 방출하는 제1 활성영역과, 상기 n형 반도체층의 제1면 중 상기 제1 활성영역이 형성된 영역을 제외한 영역 상에 상기 제1 활성영역과 인접하여 형성되며 제2 파장 대역의 광을 방출하는 제2 활성영역을 구비하는 활성층; 및
    상기 활성층 상에 형성되는 p형 반도체층;을 포함하는 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 활성층은 상기 n형 반도체층의 제1면 중 상기 제1 및 제2 활성영역이 형성된 영역을 제외한 영역 상에 형성되며, 제3 파장 대역의 광을 방출하는 제3 활성영역;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 활성층은 상기 각 활성영역의 마주보는 측면에 형성되어 각 활성영역을 서로 전기적으로 분리하는 절연막;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 활성영역은 청색광 또는 녹색광을 발생하며, 상기 제2 활성영역은 청색광 및 녹색광 중 상기 제1 활성영역과 다른 광을 발생하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 활성영역은 GaN/InGaN 계 다중양자우물 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3 활성영역은 적색광을 방출하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 활성영역은 AlGaInP계 GaAs계 및 AlGaInN계로 구성된 그룹 중 선택되는 반도체 물질로 이루어진 다중양자우물 구조인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 활성영역은 스트라이프 형상인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 활성영역은 격자 구조인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 p형 반도체층 및 상기 활성층의 일부가 제거되어 노출된 상기 n형 반도체층의 제1면에 형성된 n형 전극; 및
    상기 p형 반도체층 상에 형성된 p형 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 n형 반도체층의 제2면에 형성되며, 전기적 절연성을 갖는 성장용 기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 n형 반도체층의 제2면에 형성된 n형 전극; 및
    상기 p형 반도체층 상에 형성된 도전성 기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  13. 제1면 및 상기 제1면과 대향하는 제2면을 갖는 n형 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 n형 반도체층의 제1면 중 일부 영역 상에 제1 파장 대역의 광을 방출하는 제1 활성영역을 형성하는 단계;
    상기 n형 반도체층의 제1면 중 상기 제1 활성영역이 형성된 영역을 제외한 영역 상에 상기 제1 활성영역과 인접하며, 제2 파장 대역의 광을 방출하는 제2 활성영역을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 활성영역 상에 p형 반도체층을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 n형 반도체층의 제1면 중 상기 제1 및 제2 활성영역이 형성된 영역을 제외한 영역 상에 제3 파장 대역의 광을 방출하는 제3 활성영역을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 제2 활성영역을 형성하는 단계 전에, 상기 제1 활성영역의 측면에 절연막을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제3 활성영역을 형성하는 단계 전에, 상기 제1 및 제2 활성영역의 측면에 절연막을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  17. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 제1 활성영역을 형성하는 단계는, 상기 n형 반도체층의 제1면 전체에 제1 활성영역을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 활성영역의 일부 영역을 제거하여 상기 n형 반도체층의 제1면을 노출시키는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 활성영역을 형성하는 단계는, 상기 제1 활성영역이 제거되어 노출된 n형 반도체층의 제1면 상에 상기 제2 활성영역을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  19. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 제1 활성영역을 형성하는 단계는, 청색광을 방출하도록 GaN/InGaN계 다중양자우물 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  20. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 제2 활성영역을 형성하는 단계는, 녹색광을 방출하도록 GaN/InGaN계 다중양자우물 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 제3 활성영역을 형성하는 단계는, 적색광을 방출하도록 AlGaInP계, GaAs계 및 AlGaInN계로 구성된 그룹으로부터 선택된 반도체 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  22. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 p형 반도체층 및 상기 제1 활성영역의 일부 영역을 제거하여 노출되는 n형 반도체층의 제1면 상에 n형 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 p형 반도체층 상에 p형 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 n형 반도체층의 제2면에, 전기적 절연성을 갖는 성장용 기판을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  24. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 n형 반도체층의 제2면에 n형 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 p형 반도체층 상에 도전성 기판을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  25. 전기적 절연성을 갖는 패키지 본체;
    상기 패키지 본체와 각각 결합되되 서로 마주보도록 배치된 제1 및 제2 리드 프레임;
    상기 제1 및 제2 리드 프레임 중 하나의 상면에 실장되며, 제1면 및 상기 제1면과 대향하는 제2면을 갖는 n형 반도체층과, 상기 n형 반도체층의 제1면 상에 형성되며 제1 파장 대역의 광을 방출하는 제1 활성영역 및 상기 n형 반도체층의 제1면 중 상기 제1 활성영역이 형성된 영역을 제외한 영역 상에 상기 제1 활성영역과 인접하여 형성되며 제2 파장 대역의 광을 방출하는 제2 활성영역을 구비하는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되는 p형 반도체층과, 상기 n형 및 p형 반도체층과 각각 전기적으로 연결된 n형 및 p형 전극으로 구성되는 적어도 하나의 반도체 발광소자;
    상기 제1 및 제2 리드프레임 중 상기 반도체 발광소자가 실장되지 않은 리드프레임과 상기 반도체 발광소자의 n형 및 p형 전극을 전기적으로 연결하는 와이어; 및
    상기 반도체 발광소자를 덮도록 밀봉된 포장 수지부;를 포함하는 반도체 발광소자 패키지.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제1 활성영역은 녹색광 또는 청색광을 발생하며, 상기 제2 활성영역은 녹색광 및 청색광 중 상기 제1 활성영역과 다른 광을 발생하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 패키지.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 포장 수지부는 적색형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 패키지.
  28. 제26에 있어서,
    상기 제1 및 제2 활성영역은 GaN/InGaN 계 다중양자우물 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 패키지.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 활성층은 상기 n형 반도체층의 제1면 중 상기 제1 및 제2 활성영역이 형성된 영역을 제외한 영역 상에 형성되며, 제3 파장 대역의 광을 방출하는 제3 활성영역;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 패키지.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 제3 활성영역은 AlGaInP계, GaAs계 및 AlGaInN계 구성된 그룹 중 선택되는 반도체 물질로 이루어진 다중양자우물 구조인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 패키지.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 활성층은 상기 각 활성영역의 마주보는 측면에 형성되어 각 활성영역을 서로 전기적으로 분리하는 절연막;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 패키지.
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KR20160074336A (ko) * 2014-12-18 2016-06-28 엘지전자 주식회사 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치
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KR101875416B1 (ko) * 2016-12-30 2018-07-06 (재)한국나노기술원 Si(111)/(001) SOI 기판 또는 Si(001)/(111) SOI 기판 상에 GaN 및 GaAs 에피층의 연속 성장방법 및 그에 의해 제조된 Si(111)/(001) SOI 기판 상에 연속 형성된 GaN 및 GaAs 에피층을 이용한 반도체 발광 소자 모듈

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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