KR101438812B1 - 반사 구조물 및 이를 구비하는 발광 장치 - Google Patents
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Abstract
반사 구조물 및 발광 장치가 개시된다. 본 발광 장치는, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 및 그 사이에 게재된 활성층을 포함하는 화합물 반도체층, 및 제1 도전형 반도체층 또는 제2 도전형 반도체층 상부에 위치하여 활성층으로부터 방출된 광을 반사하기 위한 반사층을 포함하며, 반사층은 열처리 과정에서의 뭉침 현상을 억제하기 위한 미량 원소로서 Pd, Cu, C, Sn, In, Cr 중 하나 이상의 물질을 포함하는 합금으로 형성된다.
발광 장치, 반사 전극, 반사율, 오믹 접촉, 열처리, 뭉침 현상
Description
본 발명은 반사 구조물 및 이를 구비하는 발광 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는, 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭(Energy Band Gap)으로 인해 광소자 분야에서 각광받고 있으며, 질화갈륨 계열의 발광 다이오드로 고출력 청색, 녹색, UV(Ultra Violet)과 같은 다양한 색상의 발광 다이오드가 개발되어 상용화되고 있다.
발광 다이오드는 자동차의 지시등, 신호등과 같은 각종 조명 및 액정 디스플레이 장치(Liquid Cristal Display: LCD)의 백라이트 유닛(Back Light UnitL BLU), 휴대폰의 표시소자 등으로 그 적용 범위가 점차 확대되고 있다.
또한 최근 발광 다이오드 칩이 대면적화 고출력화 되면서 광추출효율이 높아져 타 발광 소자를 대체할 수 있을 정도의 효율(efficency)에 도달하고 있으며, 발광 효율을 더욱 개선하기 위한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다.
한편, 기존의 측면형 구조를 갖는 발광 다이오드의 경우 생성된 광이 N 전극과 P 전극 방향으로 방출되면서 전극이 형성된 영역으로는 광이 외부로 방출되지 못하여 광추출 효율이 감소되는 문제점이 있었다.
이에 따라 기존의 측면형 발광 다이오드를 뒤집어 조립하는 플립칩(Flip Chip) 방식의 발광 다이오드와 N형 전극 및 P형 전극이 위, 아래로 배치된 수직형 발광 다이오드가 개발되고 있다.
이러한 플립칩 방식의 발광 다이오드와 수직형 발광 다이오드의 경우 광추출 효율을 더욱 개선하기 위해 전극이 오믹 접촉(Ohmic Contact)의 기능 뿐만 아니라 반사층의 기능을 동시에 수행할 수 있도록 전극의 재료로 반사율이 75% 이상인 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)과 같은 금속 재료를 사용하는 방안이 고려되고 있다.
그러나 이러한 금속 재료는 오막 접촉을 형성하기 위한 열처리 과정 중 뭉침현상(agglomeration) 또는 반도체층 내부로의 확산 현상이 발생하거나, 발광 소자 구동 중에 전자이주(electromigration) 현상이 발생하여 소자의 발광 효율을 저하시키고 조기 열화를 발생시키는 문제점이 있다.
종래의 반사전극에서는 전술한 문제점을 해결하기 위해 은(Ag) 전극 상부에 뭉침 방지층을 형성하여 은(Ag)의 변형을 억제하거나, 투명 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide: TCO), Ni, Ni/Au 등의 오믹 접촉층을 삽입하는 방법을 적용해 왔다.
그러나 이와 같은 방법은 열처리 중 은(Ag)과 상부의 뭉침 방지층 간의 상호확산에 의해 저항이 증가하여 동작 전압이 상승하거나, 오믹 접촉층의 광흡수에 의해 반사율이 저하되는 문제점이 있다.
또한 위와 같은 방법은 은(Ag) 전극의 열적, 전기적 변형을 막지 못하기 때 문에 근본적인 해결책이 될 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 열처리 과정 중 뭉침 현상을 감소시키는 반사 구조물 및 이를 구비하는 발광 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 발광 장치는, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 및 그 사이에 게재된 활성층을 포함하는 화합물 반도체층; 및 상기 제1 도전형 반도체층 또는 상기 제2 도전형 반도체층 상부에 위치하여 상기 활성층으로부터 방출된 광을 반사하기 위한 반사층;을 포함하며, 상기 반사층은 열처리 과정에서의 뭉침 현상을 억제하기 위한 미량 원소로서 Pd, Cu, C, Sn, In, Cr 중 하나 이상의 물질을 포함하는 합금으로 형성된다.
여기서, 상기 반사층은 Ag, Al, Rh, Sn 중 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사층은 화합물 반도체와 오믹 접촉을 형성할 수 있는 Ni, Au, Pt, Pd, Ti, W, Ir, Ru, Ta, V, Vo, Os, Re, Rh 등의 원소를 실질적으로 소량 포함할 수 있다.
그리고, 상기 반사층의 상부에 Au, Pt, Rh, TCO, 투명 전도성 질화물(Transparent Conductive Nitride: TCN) 중 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 산화 방지층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사층과 상기 화합물 반도체층 사에에 상기 화합물 반도체층으 로의 물질 확산을 방지하기 위한 확산 방지층을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 확산 방지층은 투명 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide: TCO), TCN, Ni, Pt, Pd, W, Ru, Ir 중 어느 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 확산 방지층은 상기 화합물 반도체층의 상부면의 일부에 한정되어 위치할 수 있다. 그리고, 상기 확산 방지층은 불연속적일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 반사 구조물은, Ag, Al, Rh, Sn 중 어느 하나 이상의 물질을 포함하고, 열처리 과정에서의 뭉침 현상을 억제하기 위한 미량 원소로서 Pd, Cu, C, Sn, In, Cr 중 하나 이상의 물질을 포함하는 합금으로 구성된 반사층을 포함한다.
이에 따라 앞서 설명한 종래 기술의 문제점과 한계를 극복하여 미량원소 첨가에 의해 뭉침(agglomeration)과 electromigration이 최소화된 반사전극을 형성하여 화합물 반도체 발광 소자의 광특성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 뭉침현상을 억제하는 미량원소와 은(Ag)과 같은 고 반사율을 갖는 금속이 합금된 금속층으로 이루어진 반사층을 형성함으로써, 열처리 후 고 반사율을 유지하고 소자 구동시 전자 이주 현상(electromigration)에 의한 열화를 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면 반사 기능을 수행하면서 열처리 과정에서 뭉침 현상이 감소하는 반사 구조물이 제공된다.
또한, 반사 기능을 수행하면서 열처리 과정에서 뭉침 현상이 감소하는 반사 구조물을 발광 다이오드의 전극으로 제공할 수 있다.
또한, 열처리 과정에서 뭉침 현상이 감소하고 반사 효율이 뛰어나며 화합물 반도체와 오믹 접촉을 형성할 수 있는 반사층이 제공된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 화합물 반도체층(2) 상부에 반사층(11)이 형성되어 있다.
이하, 화합물 반도체층(2)은 N형 반도체층, P형 반도체층 및 그 사이에 게재되어 광을 생성하는 활성층을 포함하여 발광 다이오드를 형성하는 반도체층들을 포함하는 것으로 설명하나, 이에 한정되지 않으며 예를 들면 실리콘 또는 세라믹 웨이퍼와 같은 다양한 종류의 기판 또는 구조물을 포함하여 이러한 기판 또는 구조물 상부에 본 발명의 일 실시예 및 후술하는 실시예들에 따른 반사층(11)이 형성될 수도 있다.
반사층(11)은 본 발명에 따라 뭉침 현상을 억제하기 위해 합금으로 형성되며, 화합물 반도체층(2) 상부에 형성되어 반사 전극으로 기능할 수 있다.
0.5×Tm (Tm: 녹는점)보다 낮은 온도 범위 하의 다결정 박막(thin polycrystalline films)에서 원자들의 확산은 주로 입계(grain boundary)를 따라 이루어진다. 이러한 입계확산(grain boundary diffusion)은 온도와 전기장(electric field)에 의해 가속화되며, 그 결과 뭉침 현상(agglomeration)과 전자이주 현상(electromigration)이 발생하게 된다.
본 발명에서는 반사 전극 물질과 입계확산을 억제하는 미량원소를 사용하여 합금으로 형성한 합금 반사 전극을 반사층(11)으로 적용한다.
반사층(11)은 Ag계 합금, Al계 합금, 또는 Ag, Al, Rh, Sn 중 어느 하나 이상의 물질을 합금 형성을 위한 물질로서 포함할 수 있다. 또한, 반사층(11)은 뭉침 현상을 억제하기 위해 Pd, Cu, C, Sn, In, Cr 중 하나 이상의 물질을 미량 원소로서 포함할 수 있다. 반사층(11)에는 이러한 미량 원소의 함량이 예를 들면 3% 중량부 이하가 될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며 실험에 의해 조절될 수 있다. 또한 미량 원소는 예를 들면 Pd의 경우 0.1%~5%, Cu의 경우 0.1~10% 정도의 함량으로 적용될 수 있다.
이러한 미량원소는 열처리 과정 중 입계에서 석출(precipitation)되어 반사층(11)의 기계적 강도를 높일 뿐 아니라 입계 확산을 억제시키는 기능을 수행할 수 있다.
또한 반사층(11)은 화합물 반도체층(2)과의 오믹 접촉을 형성할 수 있는 Ni, Au, Pt, Pd, Ti, W, Ir, Ru, Ta, V, Vo, Os, Re, Rh 등의 미량원소를 실질적으로 소량 포함시켜 단일층으로 오믹접촉층과 반사 전극의 두 가지 기능을 동시에 수행하도록 할 수 있다.
예를 들어, 화합물 반도체층(2)이 질화갈륨(GaN) 계열의 반도체층으로 형성되는 경우 P형 질화갈륨 반도체층의 상부에 예를 들어, Ag-Pd-Cu의 합금으로 상기 반사층(11)을 형성하는 경우 예를 들어 400 내지 600℃ 에서 열처리를 하더라도 상술한 뭉침 현상이 발생하지 않을 뿐만 아니라 오믹 접촉을 형성하여 단일 반사 전극으로 사용할 수 있다.
실험에 따르면 Ag-Pd-Cu 합금으로 형성된 반사층(11)의 두께를 100nm 이상으로 할 경우 375X330㎛2 크기, 20㎃에서 Vf=3.06V를 갖는다.
이러한 합금으로 형성된 반사층(11)은 별도의 오믹접촉층이 빛의 일부를 흡수하는 종래의 반사전극과는 달리, 단일 반사층에서 오믹접촉 및 빛의 반사가 이루어지므로 더 큰 반사율을 나타내게 된다.
실험에 따르면 Ag-Pd-Cu 합금으로 형성된 반사층(11)의 경우 450nm 블루(Blue) 파장에서 90% 이상의 반사율을 갖는다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사 구조물을 설명하기 위한 단면도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사 구조물에 대한 설명에 있어서 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 구조물과 유사하거나 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 반사 구조물은, 화합물 반도체층(2) 위에 형성된 반사층(11)과 그 위에 형성된 산화방지층(12)을 포함한다.
산화방지층(12)은 열처리 과정에서 Ag, Al, Ni 등의 반사층(11)을 구성하는 금속 물질이 산화되어 표면에 산화막이 형성되는 것을 방지하여 소자의 저항을 더욱 감소시킬 수 있다.
산화방지층(12)은 Au, Pt, Rh, TCO, 투명 전도성 질화물(Transparent Conductive Nitride: TCN) 등의 물질막으로 형성될 수 있다. 산화방지층(12)을 구성하는 물질은, 반사층(11)의 반사도 저하를 방지하기 위해 가능한 열처리 과정에서 반사층(11)과의 상호 확산이 적은 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 산화방지층(12)은 고용도(solubility)가 작은 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 도시하지는 않았으나 산화방지층(12)이 반사층(11)과의 접착력이 떨어지는 물질인 경우에는 반사층(11)과 산화방지층(12) 사이에 접착층(adhesion layer)을 게재할 수도 있다.
실험에 의하면, 질화갈륨 계열의 P형 반도체층 상부에 본 발명의 다른 실시예에 따른 합금 반사층(11)으로 예를 들어 Ag-Pd-Cu 합금을 150nm 두께로 형성하고, 그 상부에 산화방지층(12)으로 ITO를 10nm 두께로 형성하여 소자를 제작한 경우 375X330㎛2 크기, 20㎃에서 Vf=3.08V 소자 특성을 나타냈다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반사 구조물을 설명하기 위한 단면도이다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반사 구조물에 대한 설명에 있어서 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 반사 구조물과 유사하거나 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반사 구조물은, 화합물 반도체층(2) 위에 형성된 반사층(11) 외에도 상기 화합물 반도체층(2)과 상기 반사층(11) 사이에 게재된 확산방지층(10)을 포함한다. 또한, 반사 구조물은, 반사층(11) 위에 형성된 산화방지층(12)을 포함할 수 있다.
확산방지층(10)은 반사층(11)을 구성하는 물질의 일부가 화합물 반도체층(2)으로 확산하여 들어갈 수 있는 가능성을 차단하기 위한 것이다. 이러한 확산방지층(10)은 화합물 반도체층(2)과의 오믹 접촉을 형성할 수 있는 물질로 구성되어야 하며, 반사율의 저하를 방지하기 위해 가능한 얇게 형성되어야 한다.
확산방지층(10)을 형성하기 위해 전술한 조건을 만족하는 물질, 예를 들면 TCO, TCN, Ni, Pt, Pd, W, Ru, Ir 등의 물질이 사용될 수 있다.
실험에 의하면, 질화갈륨 계열의 P형 반도체층 상부에 합금 반사층(11)으로 예를 들어 Ag-Pd-Cu 합금을 150nm 두께로 형성하고, 반도체층과 반사층(11) 사이에 확산방지층(10)으로 ITO를 10nm 두께로 형성하고, 반사층(11) 상부에 산화방지층(12)으로 ITO를 10nm 두께로 형성하여 소자를 제작한 결과, 375X330㎛2 크기, 20㎃에서 Vf=3.22V 소자 특성을 나타냈다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반사 구조물을 설명하기 위한 단면 도이다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반사 구조물에 대한 설명에 있어서 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 반사 구조물과 유사하거나 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반사 구조물은, 도면에 도시된 바와 같이 화합물 반도체층(2)의 상부의 일부에 한정되어 형성된 확산방지층(10)을 포함할 수 있다. 이러한 확산 방지층(10)은 불연속층일 수도 있다.
화합물 반도체층(2)의 상부, 반사층(11)의 하부 일부에 한정하여 확산방지층(10)을 형성하기 위해, 예를 들면 화합물 반도체층(2)의 상부면 중 확산방지층(10)을 미형성할 부분에 대해 포토 레지스트 패턴을 형성하고 그 위에 확산방지층(10) 물질막을 형성한 후, 포토 레지스트 패턴 상부의 확산방지층(10) 물질막을 예를 들면 아세톤 스프레이를 이용하여 부분적으로 제거하는 방식을 사용할 수 있다. 그러나, 화합물 반도체층(2) 상부면의 일부에 형성되는 확산방지층(10)은 이러한 방식에 한정되지 않고 알려진 다양한 방식을 사용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 확산방지층(10)이 화합물 반도체층(2)을 부분적으로 노출하게 되어, 이 부분을 통해 합금으로 형성된 반사층(11)이 화합물 반도체층(2)과 직접 오믹 접촉을 형성할 수 있으므로 확산방지층(10)을 형성하는 물질로 오믹 접촉을 형성하지 않는 물질도 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 반사 구조물과 종래의 반사 전극 구조의 가시광선 영역에서의 반사율을 비교한 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 도 2를 참조하여 설명한 본 발명의 다른 실시예에 서 상술한 일 예에 따른 Ag-Pd-Cu 합금 반사층(11)을 채용한 경우(C 곡선) 및 도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 또 다른 실시예에서 상술한 일 예에 따른 반사층(11) 및 확산방지층(10)을 채용한 경우(B 곡선), 450nm 블루 파장에서 종래의 ITO/Ni/Ag 전극에 비해 15% 이상 향상된 90% 이상의 반사율을 갖는 것을 알 수 있다.
도 6 및 도 7은 1500Å 두께의 은(Ag) 물질막과 본 발명의 실시예들에 따른 합금 반사층을 400℃이상의 동일한 조건에서 열처리한 후 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)으로 그 표면을 촬영한 사진이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 은(Ag) 물질막은 열처리 과정 중에 결정(grain) 크기가 커지면서 작은 덩어리(hillock)가 형성되며, 이에 따라 물질막 표면에 구멍이 생기는 뭉침 현상(agglomeration)이 나타나게 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 합금 반사층은 포함된 미량원소에 의해 뭉침 현상이 억제됨으로써 표면에 구멍 형성이 최소화되어 합금 반사층에 대한 열처리 후에도 반사율의 저하나 전자이주현상(electromigration)에 따른 소자의 열화가 방지될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 미량 원소가 첨가된 합금 반사층을 적용함으로써 열처리 공정에서 뭉침 현상이 최소화되고 소자 구동 중 동작 전압의 증가를 방지하여 소자의 신뢰성 제고에 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 미량 원소를 포함하여 입계확산(Grain Boundary Diffusion)이 억제된 반사 구조물을 적용한 소자는 구동시 발생하는 전자 이주현상(electromigration)을 최소화하여 소자의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따라 미량 원소를 포함하는 반사 구조물은 오믹 접촉과 반사층으로서의 기능을 동시에 수행할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 반사 구조물이 적용된 발광 다이오드의 일 예를 설명하기 위한 단면도이고, 도 9는 도 8의 발광 다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 반사 구조물이 적용된 발광 다이오드는, 전도성 홀더(17) 상부에 제2 도전형 반도체층(7), 활성층(5) 및 제1 도전형 반도체층(3)이 적층되어 있다. 또한, 상기 전도성 홀더(17)와 제2 도전형 반도체층(7) 사이에는 본 발명의 앞선 실시예들에서 설명된 반사층(11)이 게재될 수 있다.
또한, 반사층(11)의 상부에는 본 발명의 앞선 실시예들에서 설명된 산화방지층(12)이 적층될 수 있다.
또한, 반사층(11)과 제2 도전형 반도체층(11) 사이에는 확산방지층(10)이 게재될 수 있다. 확산방지층(10)은 앞선 실시예에서 설명한 바와 같이 제2 도전형 반도체층(7)의 일부에 한정되어 형성되거나 나아가 불연속층일 수 있다.
또한, 전도성 홀더(17)를 적층 하기 전 반사층(11) 또는 확산방지층(10) 상부에는 금속박막(15)이 형성될 수 있다.
또한, 전도성 홀더(17)의 상부에는 제1 전극(19)이 적층되고, 노출된 제1 도전형 반도체층(3) 하부에 제2 전극(21) 및 전극패드(22)가 순차적으로 적층될 수 있다.
이에 따라, 활성층(5)에서 방출되어 반도체층들 내부로 방사된 빛은 반사층(11)에 의해 반사되어 발광 다이오드의 상부로 방출되어 발광 소자의 발광 효율을 높일 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같은 수직형 발광 다이오드는, 우선 희생 기판(1) 상부에 제1 도전형 반도체층(3), 활성층(5), 제2 도전형 반도체층(7)을 순서대로 형성한 후, 제2 도전형 반도체층(7) 위에 반사층(11) 형성한다.
그리고 반사층(11)을 형성한 후에는 반사층(11) 위에 산화방지층(12)을 형성할 수 있다.
그리고, 이후 금속 박막(15)과 전도성 홀더(17)를 순차적으로 형성한다. 이후 도 9에 도시된 바와 같이 상기 희생 기판(1)을 반도체층들로부터 분리하고 상기 제1 도전형 반도체층(3)의 하부에 전극(21) 및 전극패드(22)를 순차적으로 형성한다.
희생 기판(1)으로는 절연성 재질의 사파이어를 사용할 수 있으며, 탄화실리콘(SiC), 산화아연(ZnO), 갈륨비소(GaAs), 질화갈륨(GaN), 실리콘(Si), 산화리튬알루미늄(LiAlO2) 또는 산화리튬갈륨(LiGaO2) 등 전도성이나 반도체 기판도 사용가능하다. 또한, 사파이어나 기타 기판에 질화갈륨(GaN) 템플레이트(Template)를 성장한 기판을 사용할 수도 있다.
한편, 상기 희생 기판(1) 상부에는 상기 제1 도전형 반도체층(3)을 형성하기 전에, Ti, W 등의 금속을 사용하여 질소화 메탈과 같은 메탈층(미도시)을 형성할 수 있다. 또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 메탈층(미도시) 또는 상기 희생 기판(1) 상부에는 제1 도전형 반도체층(3)을 형성하기 전에 후속으로 형성되는 반도체층들의 결정 결함을 줄이기 위해 언도프트(Un-Dopped) GaN의 버퍼층(미도시)을 더 형성할 수 있다.
상기 반도체층들(3, 5, 7)은 각각 금속유기화학기상증착(metalorganic chemical vapor deposition; MOCVD), 수소화물 기상성장(hydride vapor phase epitaxy; HVPE), 분자선 성장(molecular beam epitaxy; MBE) 기술 등을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 전도성 홀더(17)를 형성하는 것은, 후속 공정에서 희생 기판(미도시)의 제거 후 발광 다이오드 반도체층들을 지지하며, 전극 형성을 용이하게 하기 위한 것이다. 이러한 전도성 홀더(17)는 상기 반사층(11) 또는 산화방지층(12) 상부에 금속 박막(15)을 증착한 후 상기 금속 박막(15)을 시드(seed metal)로 이용하여 전해 도금(electroplating) 방식으로 형성될 수 있다. 그러나 전도성 홀더(17)는 이러한 방식에 한정되지 않고 다양한 방식으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 도전형 반도체층(7) 상부에 상기 반사층(11)을 형성하기 전에, 확산방지층(10)을 형성할 수 있다. 확산방지층(10)은 제2 도전형 반도체층(7) 상부의 전체가 아닌 일부에만 형성될 수도 있으며 이 경우 상술한 바와 같이 포토 레지스트 패턴을 이용할 수 있다.
그리고 레이저 리프트 오프 또는 습식 식각과 같은 기계적 또는 화학적 방식 으로 희생 기판(1)과 메탈층(미도시) 또는 버퍼층(미도시)을 제1 도전형 반도체층(3) 하부로부터 제거하여 제1 도전형 반도체층(3)의 하부를 노출시킨다.
이 후, 도 7에 도시된 바와 같이 전도성 홀더(17)의 상부에 제1 전극(19)을 형성하고, 노출된 제1 도전형 반도체층(3) 하부에 제2 전극(21) 및 전극패드(22)를 순차적으로 형성할 수 있다. 상기 제1 전극(19) 및 전극패드(22)는 오믹 접촉(Ohmic Contact) 용 메탈로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 반사 구조물이 적용된 발광 다이오드의 다른 예를 나타내는 단면도이고, 도 11은 도 10의 발광 다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 예를 들면 사파이어 기판과 같은 투명기판(1) 위에 상호 이격된 복수의 발광셀들이 위치하며, 발광셀들 각각은 각각은 제1 도전형 반도체층(3), 상기 제1 도전형 반도체층(3)의 일 영역 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층(7) 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층들(3, 7) 사이에 개재된 활성층(5)을 포함한다. 여기서, 제1 도전형 및 제2 도전형은 각각 N형 및 P형 또는 P형 및 N형 반도체를 의미한다.
상기 투명기판(1)과 상기 발광셀들 사이에 버퍼층들(미도시)이 개재될 수 있다. 상기 버퍼층들(미도시)은 서로 이격될 수 있으나, 상기 버퍼층들(미도시)이 절연 또는 반절연 물질로 형성된 경우, 서로 연속적일 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(3)의 다른 영역 상에 제1 전극(23)이 형성되어, 상기 제1 도전형 반도체층(3)에 오믹접촉된다.
한편, 상기 제2 도전형 반도체층(7) 상에 제2 전극으로서 본 발명의 실시예들에 따른 반사층(11)이 형성된다. 또한, 상기 제2 도전형 반도체층(7)과 상기 반사층(11) 사이에 확산방지층(10)이 게재될 수 있다. 그리고, 상기 반사층(11) 상부에는 산화방지층(12)이 형성될 수 있다.
금속배선들(25)이 인접한 발광셀들을 전기적으로 연결한다. 예컨대, 상기 금속배선들(25) 각각은 인접한 두개의 발광셀들의 제1 전극(23)과 제2 전극인 반사층(11) 또는 산화방지층(12)을 형성한 경우에는 산화방지층(12)을 연결한다. 이에 따라, 상기 발광셀들은 직렬 어레이들을 구성하며, 이러한 직렬 어레이들을 역병렬로 연결함으로써 교류전원에 의해 구동가능한 발광 다이오드를 제공할 수도 있다.
발광셀들 각각의 제2 전극인 반사층(11) 또는 산화방지층(12)을 형성한 경우에는 산화방지층(12) 상에 금속범프(31)가 위치한다. 상기 금속범프(31)는, 도시한 바와 같이, 제1 전극(23)과 제2 전극인 반사층(11)을 연결하는 금속배선(25) 상에 형성될 수 있다.
상기 금속범프(31)를 통해 발광셀들이 서브마운트에 플립 본딩된다. 상기 서브마운트는 서브마운트 기판(29)과 상기 서브마운트 기판(29) 상에 형성된 본딩 패드들(31)을 가질 수 있다. 서브마운트 기판(29)은 열전도율이 높은 기판, 예컨대 실리콘(Si) 기판 또는 금속기판일 수 있다. 상기 서브마운트 기판(29)이 전도성 기판인 경우, 상기 본딩패드들(31)과 서브마운트 기판(29) 사이에 절연층이 개재된다.
한편, 상기 본딩패드들(31)은 금속범프들(27)과 상기 서브마운트 기판(29)을 본딩하기 위한 것으로, 금속범프들(27)에 대응하여 서로 이격되어 형성된다.
이러한 구조의 발광 다이오드를 제조하기 위해, 상기 투명기판(1) 상에 제1 도전형 반도체층(3), 활성층(5) 및 제2 도전형 반도체층(7)을 형성한다. 상기 제1 도전형 반도체층(3), 활성층(5) 및 제2 도전형 반도체층(7)은 (B, Al, Ga, In)N로 형성된 GaN 계열의 반도체층들로 형성될 수 있다. 상기 반도체층들은 GaN 계열의 반도체층에 한정되는 것은 아니며, ZnO와 같은 다른 물질층들로 형성될 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(3)을 형성하기 전, 버퍼층(미도시)을 형성할 수 있다. 이러한 버퍼층(미도시)은 예컨대 GaN 계열의 반도체층, AlN 또는 ZnO로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(미도시)은 제1 도전형 반도체층(3)과 상기 투명기판(1) 사이에 형성되어 그 위에 형성될 반도체층들(3, 5, 7)의 결정결함을 감소시킬 수 있다.
그리고, 상기 제2 도전형 반도체층(7), 활성층(5) 및 상기 제1 도전형 반도체층(3)을 사진 및 식각 공정을 사용하여 서로 이격된 발광셀들을 형성한다.
예컨대, 상기 반도체층들(7, 5, 3)을 사진 및 식각 공정을 사용하여 차례로 패터닝하여 발광셀 영역을 분리한다. 그 결과, 서로 분리된 제1 도전형 반도체층들(3)이 형성된다. 그 후, 상기 분리된 제1 도전형 반도체층들(3) 상의 제2 도전형 반도체층들(7) 및 활성층(5)을 다시 패터닝하여 상기 제1 도전형 반도체층들(3) 각각의 일 영역 상에 패터닝된 제2 도전형 반도체층(7) 및 상기 제2 도전형 반도체층(7)과 상기 제1 도전형 반도체층(3) 사이에 개재된 활성층(5)을 형성하고, 상기 제1 도전형 반도체층들(3) 각각의 다른 영역을 노출시킨다. 그 결과, 상기 투명기 판(1) 상에 상기 복수개의 발광셀들이 형성된다.
상기 발광셀 영역들을 분리하는 동안, 상기 버퍼층(미도시)도 함께 식각하여 서로 이격된 버퍼층들(미도시)이 형성될 수 있다. 특히, 상기 버퍼층(미도시)이 전도성 물질로 형성된 경우, 상기 버퍼층(미도시)을 식각하여 발광셀들을 전기적으로 분리한다.
본 실시예에서, 상기 발광셀 영역들을 분리한 후, 다시 제2 도전형 반도체층(7) 및 활성층(5)을 패터닝하여 제2 도전형 반도체층(7) 및 활성층(5)을 형성하는 것으로 설명하였으나, 상기 발광셀 영역들을 분리하는 공정과 제2 도전형 반도체층(7) 및 활성층(5)을 형성하는 공정은 서로 순서를 달리하여 수행될 수 있다.
그리고 각 발광셀의 제1 도전형 반도체층(3) 상에 제1 전극(23)을 형성하고, 상기 제2 도전형 반도체층(7) 상에 제2 전극인 반사층(11)을 형성한다. 상기 제1 전극(23) 및 제2 전극인 반사막(11)은 각각 상기 제1 도전형 반도체층(3) 및 제2 도전형 반도체층(7)에 오믹접촉된다.
한편, 제2 전극인 상기 반사층(11)을 형성하기 전에 상기 제2 도전형 반도체층(7) 상부에 확산방지층(10)을 형성할 수 있다. 그리고, 상기 반사층(11) 상부에는 산화방지층(12)을 형성할 수 있다. 반사층(11)은 상기 활성층(5)에서 방출된 광을 투명기판(1) 방향으로 반사시킨다.
금속배선들(25)이 상기 발광셀들을 연결하여 발광셀들의 직렬 어레이들을 구성한다. 상기 금속배선들(25)은 에어브리지(air-bridge) 또는 스텝커버(step-cover) 공정을 사용하여 형성될 수 있다.
그리고 상기 반사층(11) 또는 산화방지층(12) 상에 금속범프(27)를 형성한다. 상기 금속범프(27)는 예를 들면 도금기술을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 금속범프(27)는, 도시한 바와 같이, 제2 전극인 반사층(11) 위에 형성된 금속배선들(25) 상에 형성될 수 있다.
이어서, 상기 발광셀들은 서브마운트에 플립 본딩된다.
상기 서브마운트는 서브마운트 기판(29)과 그 위에 형성된 본딩패드들(31)을 가질 수 있다. 상기 서브마운트 기판(29)은 열전도율이 높은 기판, 예를 들면 실리콘 기판 또는 금속기판일 수 있다. 상기 본딩패드들(31)은 상기 발광셀들과 상기 서브마운트 기판(29)을 본딩하기 위한 것으로 열전도율이 높은 금속물질로 형성된다. 서브마운트 기판(29)이 금속기판인 경우, 상기 본딩패드들(31)을 형성하기 전, 절연층(미도시)이 형성된다. 본딩패드들(31)은 상기 금속범프들(27)에 대응하여 형성되며, 상기 금속범프들(27)을 각각 상기 본딩패드들(31)에 본딩함으로써 발광셀들이 플립본딩된다.
발광 다이오드들을 대량으로 제조하기 위해, 복수개의 발광 다이오드들이 하나의 서브마운트 기판(29) 상에 플립 본딩된 후, 상기 서브마운트 기판(29)을 개별칩 단위로 절단하여 칩 단위의 발광 다이오드들이 완성될 수 있다.
도 12는 예를 들면 발광 다이오드 칩과 같은 발광 소자를 실장하기 위한 웨이퍼 레벨 패키지(Wafer Level Package: WLP)의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 웨이퍼 레벨 패키지(2)는 그 상면에 발광 다이오드를 실장하기 위해 캐비티가 형성되어 있으며 이 경우 발광 다이오드로부터 방출되는 광 을 효율적으로 반사하여 캐비티 상부로 방출하기 위해 웨이퍼 레벨 패키지(2) 상부면에는 본 발명에 따른 실시예들에서 설명한 바와 같은 반사 구조물이 형성될 수 있다.
도면에서는 웨이퍼 레벨 패키지(2) 상부에 반사층(11)이 형성되며, 반사층(11) 상부에는 산화방지막(12)이 형성되어 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 종래 기술과 본 발명의 실시예들을 비교하기 위한 그래프이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 종래 기술과 본 발명의 실시예들에 따른 반사 구조물을 비교하기 위한 SEM 사진이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 반사 구조물을 적용한 발광 다이오드의 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 반사 구조물을 적용한 발광 다이오드의 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 반사 구조물을 적용한 WLP의 일 예를 나타낸 도면이다.
Claims (11)
- 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 및 그 사이에 게재된 활성층을 포함하는 화합물 반도체층;상기 화합물 반도체층과 오믹 접촉하며 상기 화합물 반도체층 상면을 덮도록 배치되고, 투명 전도성 산화물인 확산 방지층;상기 확산 방지층 상면을 덮도록 배치되어, 상기 활성층으로부터 방출된 광을 반사하기 위한 반사층; 및상기 반사층 상에 배치된 산화 방지층;을 포함하며,상기 반사층은 미량 원소로서 In, C 중 하나 이상을 포함하고, 상기 확산 방지층과 오믹 접촉을 형성하기 위해 Pt, W, Ir, V, Vo, Os, Re, Rh의 원소 중 하나 이상을 실질적으로 소량 포함하는 합금으로 형성되며.상기 반사층은 150 nm 두께를 갖고, 상기 확산 방지층은 10 nm 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 반사층은 Ag, Al, Rh, Sn 중 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 산화 방지층은 Au, Pt, Rh, TCO, 투명 전도성 질화물(Transparent Conductive Nitride: TCN) 중 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- Ag, Al, Rh, Sn 중 어느 하나 이상의 물질을 포함하고, 열처리 과정에서의 뭉침 현상을 억제하기 위한 미량 원소로서 In, C 중 하나 이상을 포함하고, 화합물 반도체와 오믹 접촉을 형성하기 위해 Pt, W, Ir, V, Vo, Os, Re, Rh의 원소 중 하나 이상을 실질적으로 소량 포함하는 합금으로 구성된 반사층;상기 반사층과 상기 화합물 반도체 사이에 불연속적으로 배치되며, 투명 비도전성 물질로 형성된 확산 방지층; 및상기 반사층 상에 배치된 산화 방지층;을 포함하고,상기 반사층은 상기 확산 방지층으로부터 노출된 상기 화합물 반도체와 오믹 접촉을 형성하는 것을 특징으로 하는 반사 구조물.
- 삭제
- 제 9 항에 있어서,상기 산화 방지층은 Au, Pt, Rh, TCO, 투명 전도성 질화물(Transparent Conductive Nitride: TCN) 중 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사 구조물.
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