KR100802424B1 - 반사층을 갖는 고휘도 발광 다이오드의 조립방법 - Google Patents

반사층을 갖는 고휘도 발광 다이오드의 조립방법 Download PDF

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적어도 다음 단계로 이루어진 고휘도 LED 구조물의 조립방법을 개시한다. 먼저, 제 1기판의 측면 상에 저부로부터 정부까지, 광발생 구조물, 비-합금 옴 접촉층 및 제 1금속층을 순차적으로 형성함으로써 제 1층 구조물이 제공되고, 이어서, 적어도 제 2기판으로 이루어진 제 2층 구조물이 제공된다. 그런 다음, 제 2층 구조물의 상측부가 제 1층 구조물의 상측부와 접하는 2개의 층 구조물이 서로 웨이퍼-결합된다. 상기 제 1금속층은 반사 거울로서 작용하며, 이것은 순수 금속 또는 금속 질화물로 제조되어 우수한 반사율을 나타내고, 그의 반사 표면은 웨이퍼-결합 공정에 직접 관여하지 않는다.

Description

반사층을 갖는 고휘도 발광 다이오드의 조립방법{FABRICATION METHOD OF HIGH-BRIGHTNESS LIGHT EMITTING DIODE HAVING REFLECTIVE LAYER}
도 1a는 통상의 LED의 전형적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 1b는 통상의 LED의 다른 전형적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 여러 실시예에 따라 제 1층 구조물을 형성하는 공정을 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 여러 실시예에 따른 제 2층 구조물을 도시한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 여러 실시예들에 의해 제조된 LED 구조물을 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED 구조물을 도시한 단면도이다.
본 발명은 일반적으로 발광 다이오드에 관한 것으로서, 보다 상세히는 다이오드 기판에 의한 광흡수를 방지하기 위해 반사층을 갖는 발광 다이오드의 조립방법에 관한 것이다.
도 1a는 통상의 발광 다이오드(LED)의 전형적인 구조를 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, LED(100)는 반도체 기판(103), 상기 기판(103)상의 광발생 구조물(102) 및 광발생 구조물(102)의 정부와 기판(103)의 다른 측부에 각각 형성된 두개의 옴 접촉(ohmic contact) 전극(109 및 101)으로 이루어져 있다.
광발생 구조물(102)은 주로 적외선 및 적색 광을 위한 AlGaAs, 황녹색, 황색, 황갈색 및 적색 광을 위한 AlGaInP와 같은 알루미늄-함유 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체층으로 이루어져 있다. 이 기판(103)은, 통상, 광발생 구조물(102)의 격자 상수와 매칭되는 격자 상수를 갖는 갈륨 비소화물(GaAs)로 만들어진다. 광발생 구조물(102)에 의해 발생되는 광은 모든 방향(즉, 등방성)으로 방출된다. 그러나 GaAs 기판(103)이 가시광선의 에너지 갭보다 작은 에너지 갭을 가지기 때문에, 광발생 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 끼침으로서 LED(100)의 휘도에 상당한 영향을 미친다.
도 1b는 통상의 LED의 다른 전형적인 구조를 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, LED(100')는 전극(101')과 동일한 LED(100')의 측면에 형성된 전극(109')을 가지도록, 광발생 구조물(102')의 에칭 부분을 필요로 한다. 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 가지거나 또는 전기적으로 전도성을 갖지 않을 수 있다. LED(100)와 유사하게, LED(100')도 여전히 동일한 기판 흡수 문제를 갖는다. 간단히 비교하면, 도 1a의 LED(100)는 수직 전극 배열을 갖도록 되어 있는 데 반해, 도 1b의 LED(100')는 평면 전극 배열을 갖도록 되어 있다.
기판에 의한 광 흡수 문제를 해결하기 위한 여러 가지 접근 방법이 제시되었다. 미국 특허 제 4,570,172호 및 제 5,237,581호에는, 기판의 정부에서, 광발생 구조물이 하부 및 상부의 분포 브랙 반사체(distributed bragg reflectors; DBRs) 사이에 끼워지는 것을 제외하고, 도 1과 유사한 발광 다이오드 구조가 개시되어 있다. DBRs의 배위에 의해, 광발생 구조물로부터 기판을 향해 방출된 광은 반사되어 기판에 의한 광흡수가 방지된다. 그러나, DBRs은 직각 입사광에 대해서만 높은 반사율을 제공하며, 광의 입사각이 커짐에 따라 반사율이 감소된다. 따라서, LED의 외부 양자 효율 및 휘도가 제한된다.
미국 특허 제 5,376,580호에는 웨이퍼 결합 공정을 이용하는 다른 두 가지 접근 방법이 개시되어 있다. 그 중 하나는 LED 에피텍셜(epitaxial) 구조물이 GaAs 기판상에 먼저 성장된다. 이어서, LED 에피텍셜 구조물이 투명 기판에 웨이퍼-결합된다. 다른 하나는, 위와 유사하게, LED 에피텍셜 구조물이 GaAs 기판상에서 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 그의 웨이퍼-결합 공정이 높은 어닐링 온도에서 장시간 작업을 요하고, 그에 따라 도핑 프로파일의 재분포 및 LED의 성능 저하의 원인이 될 수 있다. 거울을 이용하는 접근 방법의 문제점은 웨이퍼-결합 공정 중에 거울의 반사 표면이 결합 계면에 직접 관여되는 것이며, 이는 반사 표면을 거칠게 하거나, 거울의 반사 표면에 대한 반응 및 오염의 원인이 될 있다.
홍(Horng) 등은 Applied Physics Letters, November 15, 1999, Volume 75, Issue 20, pp. 3054-3056에서 "웨이퍼 결합에 의해 조립된 거울 기판을 갖는 AlGaInP 발광 다이오드"라는 명칭으로 새로운 다른 기술을 공개하였다. 이 기술에서, GaAs 흡수기판을 제거하기에 앞서, Au/AuBe 반사부를 갖는 Si기판이 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 결합층 및 금속거울로서 사용되었다. 그러나 합금 재료 AuBe는 반사율이 열악하여 LED의 휘도 개선이 제한된다. 또한, 일반적으로 높은 어닐링 온도를 요하는 합금 공정은 반사 거울의 표면 편평도를 손상시키며, 반사율을 떨어뜨린다.
또한, 미국 특허 제 6,797,987호에는 반사 금속층을 이용하는 발광 다이오드가 개시되어 있다. 개시된 구조에서는, 웨이퍼 결합 공정 중에 반사 금속층이 광발생 구조물과 반응하는 것을 방지하기 위하여 ITO와 같은 투명한 전도성 산화물 층을 상기 반사 금속층과 광발생 구조물 사이에 배치하였다. 개시된 구조물은, ITO층 과 광발생 구조물 사이의 옴 접촉을 개선하기 위하여, 옴 접촉 그리드 패턴 또는 채널을 ITO층 내에 형성하는 것, 또는 ITO층과 광발생 구조물 사이에 합금 메시(mesh)를 형성하는 것을 제안하였다. 개시된 구조물은 조립공정이 복잡하고, 그에 따라 제조비용이 높아진다. 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 광발생 구조물 사이의 옴 접촉은 열악해지며, 합금이 너무 두꺼우면 웨이퍼 결합 공정은 강력한 결합을 이룰 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 기판 흡수 문제를 해결함에 있어서 전술한 문제점들을 해소할 수 있는 고휘도 LED 구조물의 조립방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 제조된 고휘도 LED 구조물은 적어도 광발생 구조물, 그리고 상기 광발생 구조물의 측면에 이하의 순서, 즉, 비-합금 옴 접촉층, 제 1금속층 및 기판으로 순차적으로 이루어진다. 전술한 LED 구조물은, 그의 형성 후에, 칩(chip) 공정을 거치게 되며, 그 칩 공정은 전극을 형성하는 단계 및 LED 구조물로부터 LED 칩을 제조하기 위한 기타 작업 단계들을 포함한다.
전술한 LED 구조물을 형성하기 위해, 본 발명은 적어도 다음 단계들을 포함한다. 먼저, 제 1층(layered) 구조물은 제 1기판의 측면 상에서 저부로부터 정부까지 광발생 구조물, 비-합금 옴 접촉층 및 제 1금속층을 순차적으로 형성함으로써 제공된다. 이어서, 적어도 제 2기판을 포함하는 제 2층 구조물이 제공된다. 이어 서, 제 1층 구조물의 상측부와 접하는 제 2층 구조물의 상측부가 2개의 층 구조물이 서로 웨이퍼-결합된다.
본 발명의 주요 특징은 기판 흡수 문제의 해결을 위해 비-합금 옴 접촉층 및 제 1금속층을 증착하는데 있다. 제 1금속층은 반사 거울로서 기능하며, 우수한 반사율을 위해 순수 금속 또는 금속 질화물로 제조된다. 비-합금 옴 접촉층이 광발생 구조물과 제 1금속층 사이에 위치되어 필요한 낮은 저항성 전기 전도를 달성한다. 제 1금속층이 비-합금 옴 접촉층 및 광발생 구조물과 상호 혼합되는 것을 방지하기 위해, 그리고 제 1금속층의 반사 표면의 편평도를 유지하기 위해, 본 발명은 광학적으로 투명하고 전기 전도성을 갖는 제 1유전체 층을 제 1금속층과 비-합금 옴 접촉층 사이에 위치시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 주요 특징들은 반사 거울(즉, 제 1금속층)의 반사 표면이 웨이퍼-결합 공정에 직접 참여하지 않는다는 것이다. 제 1금속층은 제 1층 구조물의 제조 중에 진공하에서 광발생 구조물에 직접 코팅되며, 후속하는 웨이퍼-결합 공정에는 제 1금속층의 저부 표면이 참여하게 된다. 따라서, 웨이퍼-결합 공정에서의 공기로의 노출, 높은 어닐링 온도 및 높은 압력에 의한, 제 1금속층의 반사 표면의 오염 및 그에 따른 제 1금속층의 표면 편평도 및 반사율의 손상을 피할 수 있다. 제 2기판과 제 1금속층 사이의 우수한 결합을 달성하기 위해, 본 발명은 제 1금속층 아래에, 또는 제 2기판의 정부에, 또는 양자 모두에 결합제로서 작용하는 적어도 추가적인 금속층을 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 유사하게, 추가적인 금속층이 제 1금속층 하부에 형성된다면, 추가적인 금속층과 제 1금속층과의 상호혼 합 및 그에 따른 제 1금속층의 반사율 손상을 방지하기 위해, 본 발명은 제 1금속층과 추가적인 금속층 사이에 제 2유전체 층을 위치시킬 수도 있다.
본 발명의 상기한 바와 같은, 그리고 기타 목적, 특징, 측면 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 이하의 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하는 것일 뿐이며, 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위, 적용성, 또는 구성을 제한하는 것은 아니다. 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 일탈하지 않고, 실시예의 구성요소들의 기능 및 배치에 대한 다양한 변화가 가능할 것이다.
본 발명은 적어도 다음 단계들을 포함한다. 먼저, 광발생 구조물, 비-합금 옴 접촉층 및 제 1기판의 측면 상에서 저부로부터 정부까지 연장하는 제 1금속층을 순차적으로 형성함으로써 제 1층 구조물이 제공된다. 이어서, 적어도 제 2기판을 포함하는 제 2층 구조물이 제공된다. 이어서, 제 2층 구조물의 상측부가 제 1층 구조물의 상측부와 접하는 상태로, 2개의 층 구조물들이 서로 웨이퍼-결합된다. 또한, 제 1층 구조물의 형성에 앞서서 제 2층 구조물을 형성할 수도 있다. 제 1및 제 2층 구조물을 형성하는 순서는 관계없다.
도 2a-2g는 본 발명의 여러 가지 실시예에 따라 제 1층 구조물을 형성하는 공정을 도시한 단면도이다. 제 2a에 도시된 바와 같이, 임시 성장 기판(203)이 먼 저 제공되고, 이어서 광발생 구조물(202)을 형성하는 다수의 반도체층들이 상기 임시 성장 기판(203)의 측면에서 순차적으로 성장된다. 광발생 구조물(202)은 전류 전도에 응답하여 광을 생성하는 능동 p-n 정션(junction) 층들을 포함한다. 일반적으로, 광발생 구조물(202)은 다수의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체층들을 포함하나, 반드시 그러한 것은 아니다. 광발생 구조물(202)의 구체적인 구성은 본 발명에서 중요한 것이 아니다. 용이한 설명을 위해, 광발생 구조물(202)에 인접한 위치 또는 광발생 구조물(202)을 향하는 방향 모두를 상방 또는 정부 위치로 칭하며, 반대의 경우를 저부 방향 또는 하부 위치라고 칭한다. 기판(203)에 대해 고려하여야 할 주요 사항은 광발생 구조물(202)로부터 보다 양호한 발광 효율을 달성할 수 있는 지의 여부이다. 예를 들어, 기판(203)은 광발생 구조물(202)과 격자가 매칭되는 GaAs와 같은 재료로 제조된다.
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 에피텍셜 성장 툴(tool), 진공 증착, 스퍼터링, 또는 도금 기술을 이용하여, 비-합금 옴 접촉층(204)이 광발생 구조물(202)상에 후속하여 증착된다. 비-합금 옴 접촉층(204)의 형성은 광발생 구조물(202)을 위한 제 1성장 공정 직후에 동일 반응기내에서 행할 수도 있다. 다른 실시예에서, 광발생 구조물(202) 및 기판(203)을 포함하는 에피텍셜 구조물이 별도로 제조되고 준비된다. 이어서, 비-합금 옴 접촉층(204)이 준비된 에피텍셜 구조물상에 증착된다.
비-합금 옴 접촉층(204)은 광학적으로 투명하거나 흡수성을 가지며 1E19/cm3 이상의 도핑 영역을 갖는 p-타입 또는 n-타입 도핑형 반도체층이나, 여기에 한정되는 것은 아니다. 비-합금 옴 접촉층(204)의 통상적인 예는: 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-도핑된 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 InAsP를 들 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
상기 도핑된 화합물 반도체들 중 일부는, 성분 원소 조성에 따라, 광학적으로 투명하거나 광학적 흡수성을 가질 수 있음을 주지하여야 한다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 비-합금 옴 접촉층(204)의 정부 표면을 따라 임 의로 에칭하여 그 증착 후에 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 감소시키는 것이다. 일반적으로, 에칭의 깊이는 광발생 구조물(202)의 일부가 노출되도록 한다.
이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 진공 증발, 증착, 스퍼터링, 또는 도금 기술을 이용하여 제 1금속층(205)을 비-합금 옴 접촉층(204)상에 코팅한다. 제 1금속층(205)은 반사 거울로서 작용하며, 그에 따라, 광발생 구조물(202)로부터 제 1금속층(205)을 향해 방출된 광은 반사되고 광발생 구조물(202)로 되돌아가게 될 것이다. 제 1금속층(205)은 높은 반사율을 갖는 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 통상적인 합금의 반사 거울을 대체하여 순수 금속 또는 금속 질화물을 사용하기 때문에, 요구되는 낮은 저항 전기 전도도를 달성하기 위해 비-합금 옴 접촉층(204)은 광발생 구조물(202)과 제 1금속층(205) 사이에 더 먼저 증착된다. 이 시점에서, 제 1층 구조물의 준비가 완료된다.
다른 실시예에서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 광학적으로 투명하고 전기 전도성을 갖는 제 1유전체 층(2051)이 제 1금속층(205)의 증착에 앞서서 비-합금 옴 접촉층(204)상에 증착되며, 그 목적은 제 1금속층(205)과 비-합금 옴 접촉층(204) 사이의, 그리고 리세스(2041)가 있는 경우에는 제 1금속층(205)과 광발생 구조물(202) 사이의 상호혼합을 방지하여 제 1금속층(205)의 반사율 및 반사면의 편평도를 유지하기 위한 것이다. 일반적으로, 제 1유전체 층(2051)은 투명한 전도성 산화물(ITO)로 제조된다. 예를 들어, 통상적인 예는, 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO), 주석산화물(SnO), 안티몬-도핑된 SnO, 불소-도핑된 SnO, 인-도핑된 SnO, 아연산화물(ZnO), 알루미늄-도핑된 ZnO, 인듐산화물(InO), 카드뮴 산화물(CdO), 카드뮴주석산염(Stannate)(CTO), 구리알루미늄산화물(CuAlO), 구리칼슘산화물(CuCaO) 및 스트론튬구리산화물(SrCuO)을 포함한다.
다른 실시예에서, 도 2f에 도시된 바와 같이, 웨이퍼-결합 공정의 실시를 돕기 위해, 제 2금속층(206)이 제 1금속층(205)의 정부에 추가로 증착될 수 있다. 다시 말해, 순수 금속 또는 금속 질화물로 제조된 제 1금속층(205)은 광발생 구조물(202)로부터의 광을 반사시키기 위한 것인 반면, 순수 금속 또는 합금으로 제조된 제 2금속층(206)은 후속 웨이퍼-결합 공정 중에 결합제로서 작용한다. 유사하게, 제 2금속층(206)이 제 1금속층(205)과 상호 혼합되는 것을 방지하기 위해, 그리고 제 1금속층(205)의 반사율을 유지하기 위해, 도 2g에 도시된 바와 같이, 제 2유전체 층(2061)이 제 1금속층(205)상에 먼저 증착할 수도 있다.
제 1금속층(205)이 반사 거울로서 작용하기 때문에, 제 2유전체 층(2061)의 광학적 특성은 중요하지 않다는 것을 주지하여야 한다. 또한, 도 2g의 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 2g의 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.
또한, 도 2g의 제 1층 구조물의 정부에 금속층 및 유전체 층의 추가적인 쌍이 위치될 수 있다는 것을 주지하여야 한다. 유사하게, 이러한 추가적인 유전체 층들은 광학적으로 투명하거나 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 ZrNx 과 같은 금속 질화물(광학적로 투명하지 않다), 또는 실리콘 질화물(SiNx) 및 실리콘 산화물(SiOx)과 같은 절연 물질로 제조될 수 있다.
도 3a-3c는 본 발명의 여러 실시예에 따른 제 2층 구조물을 도시한 단면도이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 가장 단순한 형태의 제 2층 구조물은 영구(permanent) 기판(207)을 포함한다. 다른 실시예에서, 진공 증발, 증착, 스퍼터링, 또는 도금 기술을 이용하여, 도 3b에 도시된 바와 같이, 적어도 제 3금속층(208)을 영구 기판(207)의 상측부에 추가로 증착한다. 제 2금속층(206)과 유사하게, 제 3금속층(208)은 순수 금속 또는 합금으로 제조될 수 있으며, 그 목적은 또한 웨이퍼-결합 공정의 실시를 돕기 위한 것이다. 제 3금속층(208)의 증착 후에, 광학적 어닐 링 공정을 행하여 제 3금속층(208)의 접착 또는 전기 전도성을 개선할 수도 있다.
웨이퍼-결합 공정 후의 최종 LED 구조물에서, 제 1금속층(205)이 기판(207)을 향해 입사하는 광의 대부분(전부일 수도 있다)을 반사시키기 때문에, 기판(207)의 광학적 특성은 중요하지 않다. 기판(207)은 반도체 기판, 금속 기판, 또는 기타 적절한 기판일 수 있다. 기판(207)은 전기적 전도성을 가지거나, 또는 전기적으로 절연성을 가질 수도 있다. 전기 전도성 기판(207)을 위한 통상적인 재료는: 도핑된 Ge, 도핑된 Si, 도핑된 GaAs, 도핑된 GaP, 도핑된 InP, 도핑된 InAs, 도핑된 GaN, 도핑된 AlGaAs, 도핑된 SiC, 도핑된 GaAsP, Mo, Cu 및 Al을 포함하나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 비전도성 기판(207)을 위한 통상적인 재료는: Ge, Si, GaAs, GaP, InP, InAs, GaN, AlN, AlGaAs, SiC, GaAsP, 사파이어, 유리, 석영 및 세라믹을 포함하나, 이들로 한정되는 것은 아니다.
기판(207)이 전기적으로 전도성을 갖는지의 여부는 최종 LED 구조물을 위한 전극들이 후속 칩 공정 중에 어떻게 구성되는지에 영향을 미칠 것이다. 기판(207)이 전기적 절연성을 가진다면, 전극들은 평면 방식으로 정렬되어야 한다. 기판(207)이 전기적으로 전도성을 가진다면, 전극들은 수직 방식 또는 평면 방식으로 정렬될 수 있다. 만약, LED 구조물이 전기 전도성 기판상에서 평면형 전극 구조를 가지고자 한다면, 본 발명은 도 3c에 도시된 바와 같이 선택적인 제 3금속층(208)의 형성에 앞서서 기판(207)의 바로 정부에 절연층(2071)을 증착할 수 있을 것이다. 절연층(2071)은 SiNx 및 SiOx 중 하나로 제조된다. 기판(207)을 산화공정 하에 서 유지함으로써, 절연층(2071)이 형성될 수 있을 것이다. 제 2유전체 층(2061) 및 추가적인 유전체 층 중 하나 이상이 전기적으로 비전도성을 가진다면, 절연층(2071)을 가지지 않을 수도 있다는 것을 주지하여야 한다. 그러나 일반적으로, 유전체 층들은 필요한 절연을 제공하지 못하기 때문에, 절연층(2071)이 여전히 필요하다. 보다 양호한 절연 특성을 위해, 절연층(2071)은 전기적 비전도성 기판(207)과 함께 구현될 수도 있다는 것을 주지하여야 한다.
이제, 제 1및 제 2층 구조물 모두가 준비된다. 이어서, 웨이퍼 결합 공정이 실시되어 도 2d-2g에 도시된 제 1층 구조물들 중 하나와 도 3a-3c에 도시된 제 2구조물들 중 하나를 결합시키며, 이때 제 1층 구조물의 정부가 제 2층 구조물의 상측부와 접하게 결합된다. 웨이퍼-결합 공정 중에, 제 2및 제 3금속층(206 및 208)외의 별도의 결합제를 이용하여 결합 공정을 용이하게 할 수도 있다. 이어서, 임시 성장 기판(203)을 제거한다. 광발생 구조물(202)이 영구 기판(207)에 결합된 후에 임시 성장 기판(203)의 제거가 실시됨에 따라, 광발생 구조물(202)이 너무 얇아 취급하기가 곤란하였던 문제점을 해결할 수 있게 된다. 또한, 필요한 경우에, 웨이퍼-결합 공정에 앞서서 임시 성장 기판(203)을 제거할 수도 있다. 이제, 본 발명에 따른 LED 구조물이 형성된다. 웨이퍼-결합 공정 및 임시 기판 제거는 소위 당업자에게 아주 일반적인 기술이다. 도 4a-4d는 도 3a의 제 2층 구조물을 도 2d-2g의 제 1층 구조물들과 각각 결합시킨 최종 LED 구조물을 도시한다. 도 4e-4f는 도 2g의 제 1층 구조물을 도 3b-3c의 제 2층 구조물들과 각각 결합시킨 최종 LED 구조물들을 도시한다.
반사 거울을 광발생 구조물에 웨이퍼-결합하는 종래 기술과 비교할 때, 본 발명은 웨이퍼-결합 공정에 앞서서 진공 내에서 광발생 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 표면의 거칠기(roughness) 또는 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.
결과적으로, 통상적인 칩 공정을 실시하여 LED 구조물로부터 LED 칩들을 제조할 수 있다. 이는, 본 발명의 LED 구조물상의 적절한 위치에 양극 및 음극을 형성하는 것을 포함하며, 또한 잔류 오염물질을 제거하기 위해 습식 또는 건식 화학적 기술에 의해 LED 구조물을 세정하는 것과 같은 세정 작업을 행하는 것 및 베이킹, 블로잉, 또는 웨이퍼 스피닝 등에 의해 세정 용매 또는 물을 제거하는 것을 포함한다. 수직 전극 구조의 경우에, 도 5a에 도시된 바와 같이, 두개의 전극들(201 및 209) 사이에 전도 경로가 형성되도록, 기판(207) 및 모든 유전체 층들은 전기적 전도성을 가져야 한다. 도 5b에 도시한 바와 같이 기판(207)이 전기적으로 비전도성이라면, 또는 도 5c에 도시한 바와 같이 절연층(2071)에 의해 절연된다면, 전극들은 평면 방식으로 정렬되어야 한다. 평면형 전극 구성의 경우에, 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 비-합금 옴 접촉층(204)과 기판(207) 사이에 위치된 금속층들 중 하나의 영역이 노출되도록, LED 구조물의 일부를 적절한 깊이까지 에칭한다. 도 5b에 도시된 실시예에서, 제 1금속층(205)의 영역이 노출되도록 에칭된다. 이어 서, 전극(201 및 209)이 광발생 구조물(202) 및 제 1금속층(205)의 노출된 영역 상에 각각 형성된다. 만약, 다수의 금속층들이 존재하고 전극(201 및 209)들 사이에 전도 경로가 형성된다면, LED 구조물을 에칭하는 것에 특별한 제한이 없다는 것을 주지하여야 한다. 예를 들어, 도 5c에서, 제 2금속층(206)의 영역이 노출될 때까지 LED 구조물이 에칭된다. 전술한 바와 같이, 제 2유전체 층(2061)이 전기적으로 전도성을 갖는지의 여부는 평면형 전극들 중 하나의 배치에 영향을 미칠 것이다. 그에 따라, 도 5c의 전극(201 및 209)들의 평면형 배치가 작동하도록 하기 위해, 제 2유전체 층(2061)이 전기적으로 전도성을 가져야 한다. 한편, 도 5b의 제 2유전체 층(2061)은 전극(201 및 209)들 사이의 전도 경로 상에 있지 않기 때문에 전기적으로 비전도성을 가질 것이다.
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.
본 발명은 고휘도 LED 구조물의 조립방법을 제공한다.

Claims (26)

  1. 발광 다이오드 구조물 조립방법으로서:
    (a) 광발생 구조물, 비-합금 옴 접촉층 및 제 1기판의 측면 상에서 저부로부터 정부까지 연결되는 제 1금속층을 순차적으로 형성함으로써 제 1층 구조물을 제공하는 단계;
    (b) 제 2기판을 포함하는 제 2층 구조물을 제공하는 단계; 및
    (c) 상기 제 2층 구조물의 상측부를 상기 제 1층 구조물의 상측부에 웨이퍼-결합시키는 단계로 이루어진 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기(c)단계 후에 상기 제 1기판을 제거하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기(a)단계 후에 그리고 상기(c)단계 이전에 상기 제 1기판을 제거하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 단계(a)중에 상기 제 1기판의 상기 측면상에 상기 비-합금 옴 접촉층 및 상기 광발생 구조물을 형성하는 것은 동일한 성장 공정에서 실시되는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 비-합금 옴 접촉층의 형성은, 성장 공정 중에 상기 광발생 구조물이 상기 제 1기판의 상기 측면상에 형성된 후에, 별도의 증착 공정에서 실시되는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 1금속층은 순수 금속 및 금속 질화물 중 하나로 제조되는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1금속층은 Au, Al, Ag, TiNX 및 ZrNX로 이루어진 군에서 선택된 1종으로 제조되는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기(a)단계는, 상기 제 1금속층의 형성 전에, 상기 비-합금 옴 접촉층의 정부 상에 광학적으로 투명하고 전기적 전도성을 갖는 유전체 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 유전체 층은 투명한 전도성 산화물로 제조되는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 유전체 층은 ITO, IZO, SnO, 안티몬-도핑된 SnO, 불소-도핑된 SnO, 인-도핑된 SnO, ZnO, 알루미늄-도핑된 ZnO, InO, CdO, CTO, CuAlO, CuCaO 및 SrCuO로 이루어진 군에서 선택된 1종으로 제조되는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기(a)단계는, 상기 제 1금속층의 형성 후에, 상기 제 1금속층의 정부에 제 2금속층을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제 2금속층은 결합제로서 작용하는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2금속층은 순수 금속 및 합금 중 하나로 제조되는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기(a)단계는, 상기 제 2금속층의 형성에 앞서서, 상기 제 1금속층의 정부에 제 2유전체 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 2유전체 층은 이하의 3가지 타입의 재료 즉, 투명한 전도성 산화물, 금속 질화물 및 절연 물질로 이루어진 군에서 선택된 1종으로 제조되는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 2유전체 층은 ITO, IZO, SnO, 안티몬-도핑된 SnO, 불소-도핑된 SnO, 인-도핑된 SnO, ZnO, 알루미늄-도핑된 ZnO, InO, CdO, CTO, CuAlO, CuCaO, SrCuO, TiNx, ZrNx, SiNx 및 SiOx 으로 이루어진 군에서 선택된 1종으로 제조되는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  16. 제 1항에 있어서, 상기(b)단계는 상기 제 2층 구조물의 상측부상에 적어도 제 3금속층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 3금속층은 결합제로서 작용하는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 3금속층은 순수 금속 및 합금 중 하나로 제조되는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  18. 제 1항에 있어서, 상기(b)단계는, 상기 제 2기판이 제공된 직후에, 상기 제 2기판의 상측부상에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 절연층은 SiNx 및 SiOx 중 하나로 제조되는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  20. 제 1항에 있어서, 상기 제 1기판은 전기 전도성 기판인 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 제 1기판은 도핑된 Ge, 도핑된 Si, 도핑된 GaAs, 도핑된 GaP, 도핑된 InP, 도핑된 InAs, 도핑된 GaN, 도핑된 AlGaAs, 도핑된 SiC, 도핑된 GaAsP, Mo, Cu 및 Al으로 이루어진 군에서 선택된 1종으로 제조되는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  22. 제 1항에 있어서, 상기 기판은 전기적으로 비전도성 기판인 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 기판은 Ge, Si, GaAs, GaP, InP, InAs, GaN, AlN, AlGaAs, SiC, GaAsP, 사파이어, 유리, 석영 및 세라믹으로 이루어진 군에서 선택된 1종으로 제조된 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  24. 제 1항에 있어서, 상기 비-합금 옴 접촉층은 도핑된 반도체층인 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 비-합금 옴 접촉층은 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-도핑된 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 InAsP로 이루어진 군에서 선택된 1종으로 제조되는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
  26. 제 1항에 있어서, 상기(a)단계는, 상기 비-합금 옴 접촉층을 형성한 후에, 상기 비-합금 옴 접촉층의 정부 표면을 따라 다수의 리세스를 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 구조물 조립방법.
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