KR100800071B1 - High-brightness light emitting diode having reflective layer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다음 순서, 즉 광생성 구조물, 비-합금 옴 접촉층, 금속층 및 기판으로 순차적으로 배치되어 이루어진 LED 구조물을 개시한다. 우수한 반사율을 얻기 위해, 반사 거울로서, 금속층은 순수 금속 또는 금속 질화물로 제조된다. 비-합금 옴 접촉층이 금속층과 광생성 구조물 사이에 개재되어 요구되는 옴 접촉을 달성한다. 금속층이 비-합금 옴 접촉층과 상호 혼합되는 것을 방지하고, 제 1금속층의 반사 표면의 편평도를 유지하기 위해, 임의의 유전체 층을 금속층과 비-합금 옴 접촉층 사이에 개재시킨다. The present invention discloses an LED structure which is arranged in the following order, ie, sequentially in a photogenerated structure, a non-alloy ohmic contact layer, a metal layer and a substrate. In order to obtain good reflectance, as a reflecting mirror, the metal layer is made of pure metal or metal nitride. A non-alloy ohmic contact layer is interposed between the metal layer and the photogenerated structure to achieve the required ohmic contact. In order to prevent the metal layer from intermixing with the non-alloy ohmic contact layer and to maintain the flatness of the reflective surface of the first metal layer, an optional dielectric layer is interposed between the metal layer and the non-alloy ohmic contact layer.
Description
도 1a는 통상의 LED의 전형적인 구조를 나타내는 단면도이다. 1A is a sectional view showing a typical structure of a conventional LED.
도 1b는 통상의 LED의 또 다른 전형적인 구조를 나타내는 단면도이다. 1B is a cross-sectional view showing another typical structure of a conventional LED.
도 2a는 본 발명의 제 1실시예에 따른 LED 구조물을 나타내는 단면도이다. 2A is a cross-sectional view showing an LED structure according to the first embodiment of the present invention.
도 2b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 LED 구조물을 나타내는 단면도이다. 2B is a cross-sectional view showing the LED structure according to the second embodiment of the present invention.
도 2c는 본 발명의 제 3실시예에 따른 LED 구조물을 나타내는 단면도이다. 2C is a cross-sectional view illustrating an LED structure according to a third embodiment of the present invention.
도 2d는 본 발명의 제 4실시예에 따른 LED 구조물을 나타내는 단면도이다. 2D is a cross-sectional view illustrating an LED structure according to a fourth embodiment of the present invention.
도 2e는 발명의 제 5실시예에 따른 LED 구조물을 나타내는 단면도이다. 2E is a cross-sectional view illustrating an LED structure according to a fifth embodiment of the invention.
도 2f는 본 발명의 제 6실시예에 따른 LED 구조물을 나타내는 단면도이다. 2F is a cross-sectional view illustrating an LED structure according to a sixth embodiment of the present invention.
도 2g-2i는 본 발명의 실시예들에 따른 LED 구조물상에 전극을 형성한 것을 나타내는 단면도이다. 2G-2I are cross-sectional views illustrating the formation of electrodes on an LED structure according to embodiments of the present invention.
도 3a 내지 도 3f는 도 2a에 도시된 구조물을 형성하는 공정을 나타내는 단면도이다. 3A to 3F are cross-sectional views illustrating a process of forming the structure shown in FIG. 2A.
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 다이오드의 기판에 의한 광의 흡수를 방지하기 위해 반사층을 갖는 발광 다이오드에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to light emitting diodes, and more particularly to light emitting diodes having reflective layers to prevent absorption of light by the substrate of the diodes.
도 1a는 통상의 발광 다이오드(LED)의 전형적인 구조를 나타내는 단면도이다. 도시된 바와 같이, LED(100)는 기판(103)의 정부(頂部) 상에 반도체 기판(103), 광생성 구조물(102)로 이루어지며, 또한, 광생성 구조물(102)의 정부와 기판(103)의 다른 쪽 면에 각각 형성된 2개의 옴(ohmic) 접촉 전극(109 및 101)을 포함한다.1A is a cross-sectional view showing a typical structure of a conventional light emitting diode (LED). As shown, the
광생성 구조물(102)은 주로 적외선 및 적색광을 위한 AlGaAs 및 황록색, 황색, 황갈색 및 적색광을 위한 AlGaInP와 같은 알루미늄-함유 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체의 층으로 제조된다. 일반적으로, 기판(103)은 광생성 구조물(102)의 격자 상수에 매칭(matching)되는 격자 상수를 갖는 갈륨 비화물(GaAs)로 제조된다. 광생성 구조물(102)에 의해 생성된 광은 모든 방향(즉, 등방성)으로 방출된다. 그러나, GaAs 기판(103)이 가시광선의 에너지 갭보다 좁은 에너지 갭을 가지기 때문에, 광생성 구조물(102)에 의해 방출되는 광의 상당 부분은 GaAs 기판(103)에 의해 흡수되며, 이는 LED(100)의 외부 양자 효율(external quantum efficiency)에 상당한 악영향을 미치고, 그에 따라 LED(100)의 휘도에 상당한 악영향을 미친다. The
도 1b는 통상의 LED의 또 다른 전형적인 구조를 나타내는 단면도이다. 도시 된 바와 같이, LED(100')는 전극(101')과 동일한 LED(100')의 측면에 형성된 전극(109')을 가지도록, 광생성 구조물(102')의 에칭 부분이 요구된다. 또한, 도 1a의 LED(100)의 경우에, 기판(103)은 전극(101)과 전극(109) 사이의 주입 전류(injection current) 전도를 위해 전기적 전도성을 갖는 반면, 도 1b의 LED(100')의 경우에, 기판(103')은 전기적으로 전도성을 갖거나 또는 전기적으로 전도성을 갖지 않을 수 있다. LED(100)와 유사하게, LED(100')도 여전히 동일한 기판 흡수 문제를 가진다. 용이한 비교를 위해, 도 1a의 LED(100)는 수직 전극 배치를 갖는 것으로 나타내는 반면, 도 1b의 LED(100')는 평면형 전극 배치를 갖는 것으로 도시하였다. 1B is a cross-sectional view showing another typical structure of a conventional LED. As shown, an etched portion of the light generating structure 102 'is required so that the LED 100' has an electrode 109 'formed on the side of the same LED 100' as the electrode 101 '. Further, in the case of
기판에 의한 광 흡수 문제를 해결하기 위한 여러 가지 접근 방법이 제시되었다. 미국 특허 제 4,570,172호 및 제 5,237,581호에는, 기판의 상부에서, 광생성 구조물이 하부 및 상부의 분포 브래그 반사부(distributed bragg reflectors; DBRs)들 사이에 끼워진다는 것을 제외하고, 도 1과 유사한 발광 다이오드 구조가 개시되어 있다. DBRs의 구성에 의해, 광생성 구조물로부터 기판을 향해 방출된 광은 반사되고, 그에 따라 기판에 의한 광의 흡수가 방지된다. 그러나, DBRs는 직각 입사광에 대해서만 높은 반사율을 제공하며, 광의 입사각이 커짐에 따라 반사율이 감소된다. 그에 따라, LED의 외부 양자 효율 및 휘도가 제한된다. Various approaches have been proposed to solve the problem of light absorption by the substrate. U.S. Patent Nos. 4,570,172 and 5,237,581 show light emitting diodes similar to that of FIG. The structure is disclosed. By the construction of the DBRs, the light emitted from the photogenerating structure towards the substrate is reflected, thereby preventing the absorption of light by the substrate. However, DBRs provide high reflectance only for orthogonal incident light, and the reflectance decreases as the incident angle of light increases. Accordingly, the external quantum efficiency and brightness of the LEDs are limited.
미국 특허 제 5,376,580호에는 웨이퍼 결합 공정을 이용하는 다른 두 가지 접근 방법이 개시되어 있다. 그 중 하나의 접근 방법에서, LED 에피텍셜(epitaxial) 구조물이 GaAs 기판 상에 먼저 성장된다. 이어서, LED 에피텍셜 구조 물이 투명 기판에 웨이퍼-결합된다. 다른 접근 방법에서, 유사하게, LED 에피텍셜 구조물이 GaAs 기판 상에서 먼저 성장된다. 이어서, LED 에피텍셜 구조물이 거울에 웨이퍼-결합된다. 두 가지 접근 방법은 광을 흡수하는 GaAs 기판을 제거하고, 광이 투명 기판을 통과하도록 하거나(제 1접근 방법) 거울에 의해 반사되도록 함으로써(제 2방법), LED의 외부 양자 효율을 개선한다. 그러나 투명 기판을 이용하는 상기 접근 방법의 문제점은 웨이퍼-결합 공정이 높은 어닐링 온도에서 장시간 작업을 필요로 하고, 그에 따라 도핑 프로파일의 재분포 및 LED의 성능 저하를 초래할 수 있다는 것이다. 거울을 이용하는 접근 방법의 문제점은 웨이퍼-결합 공정 중에 거울의 반사 표면이 결합 계면에 직접 포함된다는 것이며, 이는 반사 표면을 거칠게 할 수 있고 또는 거울의 반사 표면에 대한 반응 및 오염을 유발할 수도 있다.U. S. Patent No. 5,376, 580 discloses two other approaches using a wafer bonding process. In one approach, an LED epitaxial structure is first grown on a GaAs substrate. The LED epitaxial structure is then wafer-bonded to the transparent substrate. In another approach, similarly, an LED epitaxial structure is first grown on a GaAs substrate. The LED epitaxial structure is then wafer-bonded to the mirror. Both approaches improve the external quantum efficiency of the LED by removing the GaAs substrate that absorbs light and allowing the light to pass through the transparent substrate (first approach method) or to be reflected by a mirror (second method). However, a problem with this approach using transparent substrates is that the wafer-bonding process requires a long time operation at high annealing temperatures, which can lead to redistribution of doping profiles and degradation of LED performance. A problem with the approach using the mirror is that during the wafer-bonding process the reflective surface of the mirror is included directly at the bonding interface, which may roughen the reflective surface or may cause contamination and reaction to the reflective surface of the mirror.
홍(Horng) 등은 Applied Physics Letters, November 15, 1999, Volume 75, Issue 20, pp. 3054-3056에서 "웨이퍼 결합에 의해 제조된 거울 기판을 갖는 AlGaInP 발광 다이오드"라는 명칭으로 새로운 다른 기술을 공개하였다. 이 기술에서, GaAs 흡수 기판을 제거하기에 앞서서, Au/AuBe 반사부를 갖는 Si 기판이 LED 에피텍셜 구조물상에 융합된다. 일반적으로, Au/AuBe는 p-타입 재료로 옴 접촉을 형성하기 위해 AlGaInP LED내에서 사용된다. 이때, Au/AuBe는 웨이퍼-결합된 LED 에피텍셜 구조물 내에서 결합 층 및 금속 거울로서 사용되었다. 그러나 합금 재료 AuBe는 열악한 반사율을 가지며, 그에 따라 LED의 휘도 개선이 제한된다. 일반적으로 높은 어닐링 온도를 필요로 하는 합금 공정은 또한 반사 거울의 표면 편평도를 손상시키며, 반사율을 떨어뜨린다. Horn et al., Applied Physics Letters, November 15, 1999, Volume 75, Issue 20, pp. A new technique was disclosed in 3054-3056 under the name "AlGaInP Light Emitting Diode with Mirror Substrate Made by Wafer Bonding". In this technique, prior to removing the GaAs absorbing substrate, a Si substrate with Au / AuBe reflectors is fused onto the LED epitaxial structure. In general, Au / AuBe is used in AlGaInP LEDs to form ohmic contacts with p-type materials. Au / AuBe was used as the bonding layer and metal mirror in the wafer-bonded LED epitaxial structure. However, the alloy material AuBe has poor reflectivity, which limits the improvement of the brightness of the LED. Alloying processes, which generally require high annealing temperatures, also impair the surface flatness of the reflecting mirror and reduce the reflectance.
미국 특허 제 6,797,987호에는 마찬가지로 반사 금속층을 이용하는 발광 다이오드가 개시되어 있다. 웨이퍼 결합 공정 중에 반사 금속층이 광생성 구조물과 반응하는 것을 방지하기 위해, 개시된 구조에서, ITO와 같은 투명한 전도성 산화물 층이 상기 반사 금속층과 광생성 구조물 사이에 배치된다. ITO 층과 광생성 구조물 사이의 저항성 접촉을 개선하기 위해, 개시된 구조물은 옴 접촉 그리드 패턴 또는 채널을 ITO 층 내에 형성하는 것, 또는 ITO 층과 광생성 구조물 사이에 합금 메시(mesh)를 형성하는 것을 제안하였다. 개시된 구조물은 제조 공정이 복잡하며, 그에 따라 제조비용이 높게 된다. 합금 메시는 고온 합금 공정을 필요로 하며, 금속을 메시로 에칭하는 것 역시 매우 제어하기가 어렵다. 또한, 합금의 두께는 특별한 주의를 필요로 한다. 합금이 너무 얇으면, 합금과 광생성 구조물 사이의 옴 접촉은 열악해지며 합금이 너무 두꺼우면, 웨이퍼 결합 공정은 강력한 결합을 달성할 수 없다. U.S. Patent No. 6,797,987 likewise discloses a light emitting diode using a reflective metal layer. In order to prevent the reflective metal layer from reacting with the photogenerated structure during the wafer bonding process, in the disclosed structure, a transparent conductive oxide layer, such as ITO, is disposed between the reflective metal layer and the photogenerated structure. In order to improve the ohmic contact between the ITO layer and the photogenerated structure, the disclosed structures can form an ohmic contact grid pattern or channel in the ITO layer, or form an alloy mesh between the ITO layer and the photogenerated structure. Suggested. The disclosed structure is complicated in manufacturing process and therefore high in manufacturing cost. Alloy meshes require a high temperature alloying process, and etching metals into the mesh is also very difficult to control. In addition, the thickness of the alloy requires special attention. If the alloy is too thin, the ohmic contact between the alloy and the photogenerating structure is poor and if the alloy is too thick, the wafer bonding process may not achieve strong bonding.
그에 따라, 본 발명의 목적은 기판 흡수 문제를 해결할 때 유발되는 전술한 단점들을 회피할 수 있는 고휘도 LED 구조물을 제공하는 것이다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a high brightness LED structure which can avoid the aforementioned disadvantages caused when solving the substrate absorption problem.
본 발명에 따른 LED 구조물은 광생성 구조물 및 상기 광생성 구조물 상에 위치되고 이하의 순서를 따라 순차적으로 배열된, 비-합금 옴 접촉, 제 1금속층 및 기판으로 이루어진다. 전술한 LED 구조물은 형성 후에, 칩(chip) 공정을 거치게 되며, 그 칩 공정은 전극을 형성하는 단계 및 LED 구조물로부터 LED 칩을 제조하기 위한 기타 작업 단계들을 포함한다. The LED structure according to the present invention consists of a light generating structure and a non-alloy ohmic contact, a first metal layer and a substrate, which are located on the light generating structure and arranged sequentially in the following order. The LED structure described above is subjected to a chip process after formation, which includes forming an electrode and other working steps for manufacturing the LED chip from the LED structure.
기판은 전기적으로 전도성을 가지거나 전기적으로 비-전도성을 가질 수 있다. 만약, 전기적 비-전도성 기판이 사용된다면, 후속 칩 공정에서 형성되는 전극들은 평면형 방식으로 정렬되어야 한다. 만약, 전기적 전도성 기판이 사용된다면, 전극들은 수직 방식 또는 평면형 방식으로 정렬될 수 있다. 평면형 전극 구성의 경우에, 우수한 절연 특성을 위해, LED 구조물은 기판과 가장 바닥의 금속층 사이에 위치된 선택적인 절연 층을 구비할 수 있다. The substrate may be electrically conductive or electrically non-conductive. If an electrically non-conductive substrate is used, the electrodes formed in subsequent chip processing must be aligned in a planar fashion. If an electrically conductive substrate is used, the electrodes can be aligned in a vertical or planar manner. In the case of planar electrode configurations, for good insulating properties, the LED structure may have an optional insulating layer located between the substrate and the bottommost metal layer.
본 발명의 가장 중요한 특성들은 기판 흡수 문제 해결시의 비-합금 옴 접촉 층 및 제 1금속층에 의해 제공되는 조인트 효과(joint effect)에 있다. 제 1금속층은 반사 거울로서 작용하고 우수한 반사율을 위해 순수 금속 또는 금속 질화물로 제조된다. 순수 금속 또는 금속 질화물은 합금의 열악한 반사율을 회피하기 위해서 또는 높은 어닐링 온도를 피하기 위해서 통상의 합금 반사 거울을 대체하여 사용되기 때문에, 비-합금 옴 접촉층이 광생성 구조물과 제 1금속층 사이에 위치되어 요구되는 낮은 저항 전기 전도를 달성할 수 있게 한다. 비-합금 옴 접촉층을 위해 사용되는 재료는 광학적으로 투명하거나 광학적으로 흡수할 수 있다. 흡수하는 비-합금 옴 접촉층의 경우에, 광 흡수를 감소시키기 위해 그리고 주입 전류 분포(injection current distribution)를 개선하기 위해, 다수의 리세스(recess)가 바닥 표면을 따라 선택적으로 형성될 수 있다. 투명한 비-합금 옴 접촉층의 경우에도, 주입 전류 분포를 개선하기 위해 리세스들이 여전히 형성될 수 있다. The most important characteristic of the present invention lies in the joint effect provided by the non-alloy ohmic contact layer and the first metal layer in solving the substrate absorption problem. The first metal layer acts as a reflecting mirror and is made of pure metal or metal nitride for good reflectance. Since pure metals or metal nitrides are used in place of conventional alloy reflecting mirrors to avoid poor reflectivity of the alloy or to avoid high annealing temperatures, a non-alloy ohmic contact layer is located between the photogenerated structure and the first metal layer. To achieve the required low resistance electrical conduction. The materials used for the non-alloy ohmic contact layers can be optically transparent or optically absorbing. In the case of an absorbing non-alloy ohmic contact layer, multiple recesses may be selectively formed along the bottom surface to reduce light absorption and to improve injection current distribution. . Even in the case of a transparent non-alloy ohmic contact layer, recesses may still be formed to improve the injection current distribution.
제 1금속층이 비-합금 옴 접촉 층 및 광생성 구조물과 상호 혼합되는 것을 방지하기 위해, 그리고 제 1금속층의 반사 표면의 편평도를 유지하기 위해, 광학적으로 투명하고 전기 전도성을 갖는 제 1유전체 층이 제 1금속층과 비-합금 옴 접촉층 사이에 위치될 수 있다. 또한, 기판과 제 1금속층 사이의 우수한 결합을 달성하기 위해, 적어도 하나의 추가적인 금속층이 제 1금속층과 기판 사이에 위치될 수 있다. 유사하게, 추가적인 금속층이 제 1금속층과 상호 혼합되는 것을 방지하고 그에 따라 제 1금속층의 반사율을 손상시키는 것을 방지하기 위해, 제 2유전체 층이 제 1금속층과 추가적인 금속층 사이에 위치될 수 있다. In order to prevent the first metal layer from intermixing with the non-alloy ohmic contact layer and the photogenerating structure, and to maintain the flatness of the reflective surface of the first metal layer, an optically transparent and electrically conductive first dielectric layer is provided. It may be located between the first metal layer and the non-alloy ohmic contact layer. In addition, at least one additional metal layer may be positioned between the first metal layer and the substrate to achieve good bonding between the substrate and the first metal layer. Similarly, a second dielectric layer can be positioned between the first metal layer and the additional metal layer to prevent the additional metal layer from intermixing with the first metal layer and thereby impair the reflectivity of the first metal layer.
본 발명의 상기한 바와 같은, 그리고 기타 목적, 특징, 측면 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 이하의 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해할 수 있을 것이다. The above and other objects, features, aspects and advantages of the present invention will be better understood from the following detailed description with reference to the accompanying drawings.
이하의 설명은 단지 예시적인 실시예에 관한 것으로서, 본 발명의 범위, 적용성, 또는 구성을 제한하기 위한 것이 아니다. 이하의 설명은 본 발명의 예시적인 실시예의 실시를 설명한 것이다. 청구범위에 기재된 본 발명의 범위 내에서도, 설명되는 실시예의 구성요소들의 기능 및 배치에 대한 다양한 변화가 가능할 것이다. The following description is merely illustrative and is not intended to limit the scope, applicability, or configuration of the present invention. The following description describes the implementation of exemplary embodiments of the invention. Even within the scope of the invention as set forth in the claims, various changes in the function and arrangement of the components of the described embodiments will be possible.
도 2a는 본 발명의 제 1실시예에 따른 LED 구조물을 나타내는 단면도이다. 도시된 바와 같이 LED 구조물은 광생성 구조물(202)을 포함한다. 상기 광생성 구조물(202)은 전류 전도에 응답하여 광을 생성하는 능동 p-n 정션(junction) 층을 포함한다. 일반적으로, 상기 광생성 구조물(202)은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 층들을 포 함하나, 이는 제한적인 것이 아니다. 광생성 구조물(202)의 구체적인 구성은 본 발명에서 중요한 것이 아니다. 용이한 설명을 위해, 도 2a-2i에서, 광생성 구조물(202)에 인접한 위치 또는 광생성 구조물(202)을 향하는 방향 모두를 상방 또는 상부 위치로 칭하며, 반대의 경우를 바닥 방향 또는 하부 위치라고 칭한다. 2A is a cross-sectional view showing an LED structure according to the first embodiment of the present invention. As shown, the LED structure includes a
광생성 구조물(202)은 제 1금속층(205)의 상부에 위치된다. 제 1금속층(205)은 반사 거울로서 작용하며, 그에 따라 광생성 구조물(202)로부터 제 1금속층(205)을 향해 방출된 광은 반사되어 광생성 구조물(202)로 되돌아가게 될 것이다. 제 1금속층(205)은 Au, Al, Ag 와 같은 순수 금속, 또는 질화 티타늄(TiNx), 질화지르코늄(ZrNx)과 같은 금속 질화물로 제조된다. 우수한 반사율을 얻기 위해 그리고 높은 어닐링 온도를 피하기 위해 통상의 합금의 반사 거울을 대체하여 순수 금속 또는 금속 질화물을 사용하기 때문에, 요구되는 낮은 저항 전기 전도도를 달성하기 위해 비-합금 옴 접촉층(204)이 광생성 구조물(202)과 제 1금속층(205) 사이에 위치된다. The
비-합금 옴 접촉층(204)은 광학적으로 투명하거나 흡수성을 가지며 일반적으로 1E19/cm3 이상의 도핑 영역을 갖는 p-타입 또는 n-타입 도핑형 반도체 층이나, 이로 한정되는 것은 아니다. 비-합금 옴 접촉층(204)의 통상의 예로서는 탄소-도핑된 AlAs, 탄소-도핑된 GaP, 탄소-도핑된 AlP, 탄소-도핑된 AlGaAs, 탄소-도핑된 InAlAs, 탄소-도핑된 InGaP, 탄소-도핑된 InAlP, 탄소-도핑된 AlGaP, 탄소-도핑된 GaAsP, 탄소-도핑된 AlAsP, 탄소-도핑된 AlGaInP, 탄소-도핑된 AlGaInAs, 탄소-도 핑된 InGaAsP, 탄소-도핑된 AlGaAsP, 탄소-도핑된 AlInAsP, 탄소-도핑된 InGaAlAsP, Mg-도핑된 AlAs, Mg-도핑된 GaP, Mg-도핑된 AlP, Mg-도핑된 AlGaAs, Mg-도핑된 InAlAs, Mg-도핑된 InGaP, Mg-도핑된 InAlP, Mg-도핑된 AlGaP, Mg-도핑된 GaAsP, Mg-도핑된 AlAsP, Mg-도핑된 AlGaInP, Mg-도핑된 AlGaInAs, Mg-도핑된 InGaAsP, Mg-도핑된 AlGaAsP, Mg-도핑된 AlInAsP, Mg-도핑된 InGaAlAsP, Zn-도핑된 AlAs, Zn-도핑된 GaP, Zn-도핑된 AlP, Zn-도핑된 AlGaAs, Zn-도핑된 InAlAs, Zn-도핑된 InGaP, Zn-도핑된 InAlP, Zn-도핑된 AlGaP, Zn-도핑된 GaAsP, Zn-도핑된 AlAsP, Zn-도핑된 AlGaInP, Zn-도핑된 AlGaInAs, Zn-도핑된 InGaAsP, Zn-도핑된 AlGaAsP, Zn-도핑된 AlInAsP, Zn-도핑된 InGaAlAsP, 탄소-도핑된 InP, 탄소-도핑된 InAs, 탄소-도핑된 GaAs, 탄소-도핑된 InAsP, Mg-도핑된 InP, Mg-도핑된 InAs, Mg-도핑된 GaAs, Mg-도핑된 InAsP, 탄소-도핑된 InP, Zn-도핑된 InAs, Zn-도핑된 GaAs 및 Zn-도핑된 InAsP 들 들 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다. 상기 도핑된 화합물 반도체들은 구성 원소 조성에 따라, 광학적으로 투명하거나 광학적으로 흡수성을 가질 수 있다. The non-alloy
도 2b에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서 비-합금 옴 접촉층(204)을 증착한 후에, 그의 비-합금 옴 접촉층(204)을 임의로 에칭하여 다수의 리세스(2041)를 형성할 수도 있다. 리세스(2041)를 갖는 것의 이점은 그 리세스들이 주입 전류 분포를 제어하는데 도움이 된다는 것이다. 리세스(2041)의 다른 이점은 비-합금 옴 접촉층(204)이 광학적 흡수 물질로 제조된 경우에 광 흡수를 감소시킨다는 것이다. 일반적으로, 광생성 구조물(202)의 일부가 노출되도록 에칭의 깊이가 결정된다. As shown in FIG. 2B, in another embodiment after depositing the non-alloy
또 다른 실시예에서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 광학적으로 투명하고 전기 전도성을 갖는 제 1유전체 층(2051)이 제 1금속층(205)과 비-합금 옴 접촉층(204) 사이에 위치되며, 그 목적은 제 1금속층(205)과 비-합금 옴 접촉층(204) 사이의 그리고 리세스(2041)가 있는 경우에는 제 1금속층(205)과 광생성 구조물(202) 사이의 상호 혼합을 방지하여 제 1금속층(205)의 반사율 및 반사면의 편평도를 유지하기 위한 것이다. 일반적으로, 제 1유전체 층(2051)은 투명한 전도성 산화물(ITO)로 제조된다. 통상의 예로서는, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 Zinc 산화물(IZO), 주석 산화물(SnO), 안티몬-도핑된 SnO, 불소-도핑된 SnO, 인-도핑된 SnO, 아연 산화물(ZnO), 알루미늄-도핑된 ZnO, 인듐 산화물(InO), 카드뮴 산화물(CdO), 카드뮴 주석산염(Stannate)(CTO), 구리 알루미늄 산화물(CuAlO), 구리 칼슘 산화물(CuCaO) 및 스트론튬 구리 산화물(SrCuO)을 들 수 있다.In another embodiment, as shown in FIG. 2C, an optically transparent and electrically conductive
다른 실시예에서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 제 2금속층(206)이 기판(207)과 제 1금속층(205) 사이에 위치될 수 있다. 순수 금속 또는 합금으로 제조된 제 2금속층(206)은 본 발명의 LED 구조물을 형성하기 위한 웨이퍼 결합 공정에서 결합을 촉진하기 위한 것이다. 본 발명의 예시적인 제조 공정에 대해서는 후술할 것이다. 유사하게, 제 2금속층(206)이 제 1금속층(205)과 상호 혼합되는 것을 방지하기 위해 그리고 제 1금속층(205)의 반사율을 유지하기 위해, 도 2e에 도시된 바와 같이, 제 2유전체 층(2061)이 제 1금속층(205)과 제 2금속층(206) 사이에 위치될 수 있다. In another embodiment, as shown in FIG. 2D, a
제 1금속층(205)이 반사 거울로서 작용하기 때문에, 제 2유전체 층(2061)의 광학적 특성은 중요하지 않다는 것을 주지하여야 한다. 또한, 도 2e의 LED 구조물이 수직 방식으로 정렬된 전극들을 가진다면, 전극들 사이에 전도 경로가 형성될 수 있도록 제 2유전체 층(2061)은 전기적 전도성을 가져야 한다. 만약, 도 2e의 LED 구조물이 평면 방식으로 정렬된 전극들을 가진다면, 제 2유전체 층(2061)이 전기 전도성을 갖는지의 여부는 평면형 전극들 중 하나의 배치에 영향을 미칠 것이다. 이에 관한 보다 구체적인 설명은 후술한다. It should be noted that the optical properties of the
제 2금속층(206)과 기판(207) 사이에 유전체 층 및 금속층으로 이루어진 추가적인 쌍들이 있을 수 있다는 것을 주지하여야 한다. 유사하게, 이러한 추가적인 유전체 층들은 광학적으로 투명하고 전기적 전도성을 가질 필요는 없으며, 이러한 추가적인 금속층들은 순수 금속 또는 합금으로 제조될 수 있을 것이다. 제 2유전체 층(2061) 및 이러한 추가적인 유전체 층들은 전술한 바와 같이, ITO, IZO, SnO, 안티몬-도핑된 SnO, 불소-도핑된 SnO, 인-도핑된 SnO, ZnO, 알루미늄-도핑된 ZnO, InO, CdO, CTO, CuAlO, CuCaO, SrCuO 와 같은 투명한 전도성 산화물, TiNx 및 ZrNx와 같은 금속 질화물(광학적으로 투명하지 않다), 또는 실리콘 질화물(SiNx) 및 실리콘 산화물(SiOx)과 같은 절연 물질로 제조될 수 있다. 도 2f는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 기판(207)의 상부에 순수 금속 또는 합금으로 이루어진 제 3금속층(208)이 위치될 수 있으며, 그의 제 3금속층의 목적은 전술한 웨이퍼-결합 공정을 촉진하기 위한 것이다. 보다 상세한 사항은 이하의 예시적인 제조 공정에서 설명한다. Note that there may be additional pairs of dielectric and metal layers between the
제 1금속층(205)이 기판(207)을 향해 입사하는 광의 대부분(또는 전부)을 반사하기 때문에, 기판(207)의 광학적 특성은 중요하지 않다. 기판(207)은 반도체 기판, 금속 기판, 또는 기타 적절한 기판일 수 있다. 기판(207)은 전기적으로 전도성을 가지거나 또는 전기적으로 비-전도성을 가질 수 있다. 전기 전도성 기판(207)을 위한 통상의 재료로는 도핑된 Ge, 도핑된 Si, 도핑된 GaAs, 도핑된 GaP, 도핑된 InP, 도핑된 InAs, 도핑된 GaN, 도핑된 AlGaAs, 도핑된 SiC, 도핑된 GaAsP, Mo, Cu 및 Al을 들 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 비전도성 기판(207')을 위한 통상의 재료로는 Ge, Si, GaAs, GaP, InP, InAs, GaN, AlN, AlGaAs, SiC, GaAsP, 사파이어, 유리, 석영 및 세라믹을 들 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. Since the
만약, 기판(207)이 전기적 전도성을 가진다면, 도 2g에 도시된 바와 같이, 전극(201 및 209)들은 후속하는 칩 공정 중에 수직 정렬 형태로 구성될 수 있을 것이다. 만약, 기판(207)이 전기적으로 비-전도성이라면, 전극(201 및 209)들은 평면형 방식으로 정렬되어야 할 것이다. 도 2h에 도시된 바와 같이, 비-합금 옴 접촉층(204)과 기판(207) 사이에 위치된 금속층들 중 하나의 영역이 노출되도록, 도 2f에 도시된 바와 같은 LED 구조물의 일부가 적절한 깊이까지 에칭된다. 이러한 실시예에서, 제 1금속층(205)의 영역이 노출되도록 에칭된다. 이어서, 전극(201 및 209)들이 광생성 구조물(202)과 노출된 제 1금속층(205) 영역 상에 각각 형성된다. 만약, 다수의 금속층들이 있고 또 전극(201 및 209)들 사이에 전도성 경로가 있다면, LED 구조물을 얼마나 깊이 에칭하는 지에 대한 특별한 제한이 없다는 것을 주지하여야 한다. 예를 들어, 도 2i에서, LED 구조물은 제 2금속층(206) 영역이 노출될 때까지 에칭된다. 전술한 바와 같이, 제 2유전체 층(2061)이 전기 전도성을 갖는지의 여부는 평면형 전극들 중 하나의 배치에 영향을 미칠 것이다. 따라서 도 2i 내의 전극(201 및 209)들의 평면형 배치가 작동하기 위해서는, 제 2유전체 층(2061)은 전기적 전도성을 가져야 한다. 한편, 도 2h 내의 제 2유전체 층(2061)은 전극(201 및 209)들 사이의 전도성 경로와 달리 전기적으로 비-전도성일 수 있다. If the
만약, 기판(207)이 전기적 전도성을 가진다면, 전극(201 및 209)들은 도 2i에 도시된 바와 같이 평면형 방식으로 정렬될 수 있을 것이다. 유사하게, 제 2금속층(206) 영역이 노출되도록, LED 구조물이 에칭된다. 이어서, 전극(201 및 209)들은 광생성 구조물(202) 및 제 2금속층(206)의 노출된 영역 상에 각각 형성된다. 기판(207)이 전기 전도성을 갖기 때문에, 절연 층(2071)이 기판(207)의 상부에 그리고 최하부 금속층의 아래에 위치된다는 것을 주지하여야 한다. 절연 층(2071)은 SiNx 및 SiOx 중 하나로 제조된다. 제 2유전체 층(2061) 및 추가적인 유전체 층들 중 하나 이상이 전기적으로 비-전도성이라면, 절연 층(2071)을 갖지 않을 수도 있다는 것을 주지하여야 한다. 그러나 일반적으로 유전체 층들은 필요한 절연을 제공하지 못하기 때문에, 절연 층(2071)이 여전히 구비된다. 보다 양호한 절연 특성을 위해, 절연 층(2071)이 도 2h(전기적 비-전도성 기판(207)을 가진다)에서와 같이 실시될 수도 있다는 것을 주지하여야 한다. If the
도 3a-3f는 도 2g의 구조물을 형성하는 공정을 나타내는 단면도들이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 임시 성장 기판(203)이 먼저 제공되고, 이어서 광생성 구 조물(202)을 형성하는 다수의 반도체 층들이 상기 임시 성장 기판(203)의 측면에서 순차적으로 성장된다. 기판(203)에 대해 고려하여야 할 주요 사항은 광생성 구조물(202)로부터 보다 양호한 발광(luminous) 효율을 달성할 수 있는 지의 여부이다. 예를 들어, 기판(203)은 광생성 구조물(202)과 격자 매칭되는(lattice-matched) GaAs와 같은 재료로 제조된다. 3A-3F are cross-sectional views illustrating a process of forming the structure of FIG. 2G. As shown in FIG. 3A, a
이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 에피텍셜 성장 툴(tool), 진공 증발, 증착, 스퍼터링, 또는 도금 기술을 이용하여, 비-합금 옴 접촉층(204)이 광생성 구조물(202)상에 후속하여 증착된다. 비-합금 옴 접촉층(204)의 형성은 광생성 구조물(202)을 위한 제 1성장 공정 직후에 동일한 반응기 내에서 실시될 수도 있다. 다른 실시예에서, 광생성 구조물(202) 및 기판(203)을 포함하는 에피텍셜 구조물이 별도로 제조되고 준비된다. 이어서, 비-합금 옴 접촉층(204)이 준비된 에피텍셜 구조물상에 증착된다. 주입 전류 분포를 개선하기 위해 및/또는 비-합금 옴 접촉층(204)에 의한 광 흡수를 감소시키기 위해, 비-합금 옴 접촉층(204)의 표면을 에칭함으로써 다수의 리세스(2041)를 구성할 수 있다. Then, as shown in FIG. 3B, using an epitaxial growth tool, vacuum evaporation, deposition, sputtering, or plating techniques, a non-alloy
이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 진공 증발, 증착, 스퍼터링, 또는 도금 기술을 이용하여 비-합금 옴 접촉층(204)상에 제 1유전체 층(2051), 제 1금속층(205), 제 2유전체 층(2061) 및 제 2금속층(206)을 순차적으로 코팅할 수 있다. Subsequently, as shown in FIG. 3C, the
이어서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 전기 전도성 영구 기판(207)이 제공되고, 진공 증발, 증착, 스퍼터링, 또는 도금 기술을 이용하여 영구적인 기판(207)의 측면 상에 제 3금속층(208)을 증착한다. Then, as shown in FIG. 3D, an electrically conductive
이어서, 웨이퍼 결합 공정을 실시하여, 도 3e에 도시된 바와 같이, 제 2금속층(206)이 제 3금속층(208)과 접하는 상태로 도 3c의 구조물과 도 3d의 구조물을 결합한다. 제 2금속층(206)과 제 3금속층(208)이 웨이퍼 결합 공정 중에 결합제로서 작용하고, 이는 어닐링 온도를 상당히 낮추고 또 공정 시간을 단축시킴으로써 웨이퍼 결합 공정을 상당히 단순화시킨다는 것을 주지하여야 한다. 또한, 제 3금속층(208)은 필요한 옴 접촉을 기판(207)에 제공한다. Subsequently, a wafer bonding process is performed to bond the structure of FIG. 3C and the structure of FIG. 3D with the
반사 거울을 광생성 구조물에 웨이퍼-결합하는 종래 기술과 비교할 때, 본 발명은 웨이퍼-결합 공정에 앞서서 진공 내에서 광생성 구조물(202)상에 제 1금속층(205)(즉, 반사 거울)을 직접 코팅한다. 거울의 반사 표면은 웨이퍼-결합 공정 중에 결합 계면에 직접적으로 관여되지 않는다. 따라서 반사 표면이 거칠어지거니 거울의 반사표면에 대한 반응 및 오염을 피할 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 제 1금속층(205)은 종래 기술을 이용하여 형성되는 반사 거울 보다 상당히 우수한 반사율을 제공한다. Compared to the prior art of wafer-bonding the reflecting mirror to the photogenerating structure, the present invention provides for the first metal layer 205 (ie, reflecting mirror) on the
이어서, 임시 성장 기판(203)이 제공된다. 광생성 구조물(202)이 영구 기판(207)에 결합된 후에 임시 성장 기판(203)의 제거가 실시됨에 따라, 광생성 구조물(202)이 너무 얇아 취급하기가 곤란하였던 문제점을 해결할 수 있게 된다. 이제, 본 발명에 따른 LED 구조물이 형성된다. 결과적으로, 통상의 칩 공정을 실시하여 LED 구조물을 칩으로 패키지화할 수 있다. 이는, 도 3f에 도시된 바와 같이, 구조물의 상부측 및 하부측에 두개의 금속 필름을 전극(201 및 209)들로서 위치시키는 것을 포함한다. Then, a
기본적으로 동일한 공정을 이용하여 도 2h 및 도 2i에 도시된 바와 같은 LED 구조물을 형성할 수 있다는 것을 주지하여야 한다. 차이점은 첫째로, 도 3d에서, 영구적인 기판(207)의 전기적 특성을 적절히 결정하여야 한다는 것이다. 두 번째로, 전극들을 형성하기에 앞서서, LED 구조물의 일부는 광생성 구조물(202)로부터 금속층들 중 하나에 도달할 때까지 적절한 깊이로 에칭된다. 그리고 세 번째로, 전극(201 및 209)들은 광생성 구조물(202) 및 노출된 금속층 각각에 형성된다. It should be noted that basically the same process can be used to form the LED structure as shown in FIGS. 2H and 2I. The first difference is that, in FIG. 3D, the electrical properties of the
이상에서, 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 이상의 설명으로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 다양한 치환 실시예 및 변형 실시예가 이상의 설명에 제시되었지만, 소위 당업자는 다른 변형예들을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 모든 그러한 치환 및 변형 실시예들은 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위에 포함될 것이다. While the invention has been described above with reference to preferred embodiments, it will be understood that the invention is not limited to the above description. While various substitutions and variations have been presented in the foregoing description, those skilled in the art will appreciate other variations. Accordingly, all such substitutions and modifications will be included within the scope of the invention as set forth in the claims.
본 발명은 다이오드의 기판에 의한 광의 흡수를 방지하기 위해 반사층을 갖는 발광 다이오드를 제공한다.The present invention provides a light emitting diode having a reflective layer to prevent absorption of light by the substrate of the diode.
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