이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, "상부"와 "하부"는 상대적인 개념이며, 경우에 따라서는 서로 바뀔 수도 있다.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 1a을 참조하면, 베이스 기판(10) 상에 제1 클래드층(21)을 형성할 수 있다. 상기 베이스 기판(10)은 Al2O3(사파이어), SiC, ZnO, Si, GaAs, LiAl2O3, InP, BN, AlN 또는 GaN 기판일 수 있다. 바람직하게는 상기 베이스 기판(10)은 Al2O3 기판일 수 있다.
상기 제1 클래드층(21)은 버퍼층(21a) 및 제1형 반도체층(21a)을 구비할 수 있다. 상기 버퍼층(21)은 상기 베이스 기판(10)과 상기 제1형 반도체층(21a) 사이의 격자부정합을 최소화시킬 수 있는 층으로, GaN층, AlN층 또는 이들의 복합층일 수 있다. 상기 제1형 반도체층(21a)은 제1형 불순물 예를 들어, n형 불순물이 주입된 질화물계 반도체층일 수 있다. 상기 n형 질화물계 반도체층은 GaN층 또는 AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)층일 수 있다.
상기 제1 클래드층(21) 상에 활성층(25)을 형성할 수 있다. 상기 활성층(25)은 양자점 구조 또는 다중양자우물 구조(Multi Quantum Well Structure)를 가질 수 있다. 상기 활성층(25)이 다중양자우물 구조를 갖는 경우에, 상기 활성층(25)은 우물층으로서 InGaN층과 장벽층인 GaN층의 다중 구조를 가질 수 있다.
상기 활성층(25) 상에 제2 클래드층(27)을 형성할 수 있다. 상기 제2 클래드층(27)은 제2형 불순물 예를 들어, p형 불순물이 주입된 질화물계 반도체층일 수 있다. 상기 p형 질화물계 반도체층은 GaN층 또는 AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)층일 수 있다.
상기 제1 클래드층(21), 상기 활성층(25) 및 상기 제2 클래드층(27)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 기술 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 기술을 사용하여 형성할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 상기 제2 클래드층(27), 상기 활성층(25) 및 상기 제1 클래드층(21)을 차례로 패터닝하여, 발광구조체들(S)을 형성할 수 있다.
도 1c를 참조하면, 상기 제2 클래드층(27) 및 상기 활성층(25)의 일부를 식각하여 상기 제1 클래드층(21)의 일부를 노출시킨다. 이 때, 상기 제1 클래드층(21)의 상부 일부 또한 식각될 수도 있다. 이에 따라, 각 발광 구조체(S)는 차례로 적층된 상기 제1 클래드층(21), 상기 활성층(25) 및 상기 제2 클래드층(27)을 구비하되, 상기 활성층(25) 및 상기 제2 클래드층(27)의 일측에는 상기 제1 클래드층(21)이 노출될 수 있다.
그 후, 상기 제2 클래드층(27) 및 상기 노출된 제1 클래드층(21)을 덮는 스페이서 절연막(30)을 형성할 수 있다.
도 1d를 참조하면, 상기 스페이서 절연막(30)을 비등방성 식각(anisotropic etch)하여, 상기 제1 클래드층(21), 상기 활성층(25) 및 상기 제2 클래드층(27)의 측벽을 덮는 절연 스페이서(31)를 형성할 수 있다.
이 후, 상기 제2 클래드층(27) 상에 전류 스프레딩층(41)을 형성할 수 있다. 상기 전류 스프레딩층(41)은 투명 도전막 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide)막, ZnO막 또는 MgO막일 수 있다. 상기 전류 스프레딩층(41)은 상기 제2 클래드층(27)과 상기 투명 도전막 사이에 오믹콘택층을 더 포함할 수 있다. 상기 오믹콘택층은 Cu, Zn 또는 Mg를 함유하는 인듐산화막일 수 있다. 나아가, 상기 제2 클래드층(27)을 통해 광이 방출되지 않는 경우 즉, 상기 제1 클래드층(21)을 통해 광이 방출되는 경우에, 상기 전류 스프레딩층(41)은 상기 투명 도전막 상에 광반사층을 더 포함할 수 있다. 상기 광반사층은 Al, Ag, Rh, Ru Pt 또는 Pd를 함유하는 층일 수 있다.
도 1e를 참조하면, 상기 노출된 제1 클래드층(21)의 상부면 및 상기 전류 스프레딩층(41) 상에 각각 전기적으로 접속하는 제1 전극(45) 및 제2 전극(43)을 형성할 수 있다. 상기 제2 전극(43)은 상기 전류 스프레딩층(41)을 통해 상기 제2 클래드층(27)에 전기적으로 접속할 수 있다. 상기 제1 전극(45) 및 상기 제2 전극(43)은 Al 및/또는 Ag을 함유할 수 있다.
상기 제1 전극(45)은 상기 베이스 기판(10) 상으로 연장될 수 있다. 상기 제2 전극(43) 또한 상기 베이스 기판(10) 상으로 연장될 수 있다. 상기 제1 전극(45) 및 상기 제2 전극(43)이 상기 베이스 기판 (10) 상으로 연장된 부분들은 다른 외부 소자와의 연결전극들의 역할을 할 수 있다.
이 때, 상기 제2 전극(43)은 상기 절연 스페이서(31)에 의해 상기 활성층(25) 및 상기 제1 클래드층(21)과 서로 절연될 수 있다.
도 1f를 참조하면, 상기 전극들(43, 45)이 형성된 베이스 기판(10) 상에 절연 보호층(55)을 형성할 수 있다. 상기 절연 보호층(55)은 지지체로서의 역할을 할 뿐 아니라, 상기 발광구조체(S) 및 상기 전극들(43, 45)을 봉지하는 역할을 할 수 있다. 따라서, 추가적인 봉지 과정을 생략할 수 있다. 이와 더불어서, 상기 절연 보호층(55)은 형광체(phosphor)를 함유할 수 있다.
상기 절연 보호층(55)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, BPSG(Boro-phospho Silicate Glass)막, SOG(Spin On Glass)막, BCB(BenzoCycloButene)막, PI(Poly Imide)막, 실리콘 고분자(silicone polymer)막, 또는 에폭시 수지(epoxy resin)막일 수 있다. 일 예로서, 상기 절연 보호층(55)은 차례로 적층된 패시베이션층(55_1)과 봉지층(55_2)을 구비할 수 있다. 상기 패시베이션층(55_1)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, BPSG(Boro-phospho Silicate Glass)막, SOG(Spin On Glass)막, BCB(BenzoCycloButene)막, 또는 PI(Poly Imide)막일 수 있고, 상기 봉지층(55_2)은 실리콘 고분자(silicone polymer)막, 또는 에폭시 수지(epoxy resin)막일 수 있다.
상기 절연 보호층(55)의 상부면 내에 요철구조(55a)를 형성할 수 있다. 상 기 요철구조(55a)는 주기성을 갖도록 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 상기 요철구조(55a)는 불규칙한 거칠기부여법(random roughening)에 의해 형성될 수도 있다. 이로 인해, 상기 활성층(25)에서 방출된 광이 상기 절연 보호층(55)을 통해 출사되는 경우에, 외부광자효율을 향상시킬 수 있다.
이어서, 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off; LLO), 화학적 리프트 오프(Chemical Lift-Off; CLO), 화학적 식각 , 그라운딩/랩핑 등의 기계적 연마 또는 화학기계적 연마법을 사용하여 상기 베이스 기판(10)을 제거할 수 있다. 일 예로서, 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off; LLO)법을 사용하는 경우에는 상기 베이스 기판(10) 하부에 레이저(L)를 조사할 수 있다. 상기 레이저(L)의 조사에 의해 상기 제1 클래드층(21)의 하부 일부 예를 들어, 버퍼층(21a)은 분해되고, 이에 따라 상기 베이스 기판(10)을 분리할 수 있다.
도 1g를 참조하면, 상기 베이스 기판(10)이 분리됨에 따라, 상기 각 발광구조체(S)의 하부면 즉, 상기 제1 클래드층(21)의 하부면이 노출될 수 있다. 부연하면, 상기 절연 보호층(55)은 상기 발광구조체(S)의 상부 및 측벽 상에 위치하고, 상기 발광구조체(S)의 하부면을 노출시킬 수 있다. 또한, 제1 전극 및 제2 전극의 연장된 부분들은 상기 발광구조체(S)의 하부면의 양측에 노출될 수 있다.
도 1h를 참조하면, 상기 발광구조체들(S) 사이의 절연 보호층(55)을 절단하여, 서로 분리된 단위 발광다이오드들(UC1)을 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 발광다이오드를 나타낸 레이아웃도 이다. 도 1h에 도시된 단위 발광다이오드의 단면은 도 2의 절단선 I-I'를 따라 취해진 단면에 대응한다.
도 1h 및 도 2를 참조하면, 단위 발광다이오드(UC1)는 차례로 적층된 제1 클래드층(21), 활성층(25) 및 제2 클래드층(27)을 구비하는 발광구조체(S)를 포함할 수 있다. 상기 제2 클래드층(27) 및 상기 활성층(25)의 주변에는 상기 제1 클래드층(21)의 일부가 노출될 수 있다.
상기 발광구조체(S)의 상부 및 측벽 상에 절연 보호층(55)이 위치할 수 있다. 상기 절연 보호층(55)은 상기 발광구조체(S)의 하부면 즉, 상기 제1 클래드층(21)의 하부면을 노출시킬 수 있다. 상기 절연 보호층(55)은 지지체로서의 역할을 할 수 있을 뿐 아니라, 상기 발광구조체(S) 및 상기 전극들(43, 45)을 봉지하는 역할을 할 수 있다. 상기 절연 보호층(55)은 차례로 적층된 패시베이션층(55_1)과 봉지층(55_2)을 구비할 수 있다. 상기 절연 보호층(55)의 상부면 내에 요철구조(55a)를 형성할 수 있다. 그러나, 상기 요철구조(55a)는 상기 활성층(25)에서 방출된 광이 상기 제1 클래드층(21)을 통해 출사되는 경우에는 생략될 수도 있다.
상기 제1 클래드층(21) 및 상기 제2 클래드층(27) 상에 제1 전극(45) 및 제2 전극(43)이 각각 전기적으로 접속할 수 있다. 상기 제2 클래드층(27) 상에 전류 스프레딩층(41)이 형성된 경우에, 상기 제2 전극(43)은 상기 전류 스프레딩층(41)을 통해 상기 제2 클래드층(27)에 전기적으로 접속할 수 있다.
상기 제1 전극(45) 및 상기 제2 전극(43)은 상기 발광구조체(S)의 측벽들을 따라 각각 연장된 후, 상기 발광구조체(S)에서 멀어지는 방향으로 각각 연장될 수 있다. 다시 말해서, 상기 제1 전극(45) 및 상기 제2 전극(43)은 상기 절연 보호층(55)의 하부로 각각 연장될 수 있다. 그 결과, 상기 제1 전극(45) 및 제2 전극(43)의 연장된 부분들은 상기 발광구조체(S)의 하부면의 양측에 노출될 수 있다. 이 때, 상기 제2 전극(43)은 절연 스페이서(31)에 의해 상기 활성층(25) 및 상기 제1 클래드층(21)과 서로 절연될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 실장형 발광다이오드 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 베이스 보드(100) 상에 위치한 한 쌍의 본딩 패드들(101) 및 절연 코팅층(102)을 구비하는 회로 보드(CB) 상에 발광다이오드(UC1)가 배치될 수 있다. 상기 발광다이오드(UC1)는 도 2 및 도 1h를 참조하여 설명한 발광다이오드일 수 있다. 상기 본딩 패드들(101)과 상기 발광다이오드(UC1)의 하부면에 노출된 전극들(43, 45)은 도전성 볼들(130)에 의해 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 와이어 본딩형 발광다이오드 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면, 베이스 보드(100) 상에 위치한 한 쌍의 본딩 패드들(101) 및 절연 코팅층(102)을 구비하는 회로 보드(CB) 상에 발광다이오드(UC1)가 플립되어 배치될 수 있다. 상기 발광다이오드(UC1)는 도 2 및 도 1h를 참조하여 설명한 발광다이오드일 수 있다. 다만, 상기 발광다이오드(UC1)는 절연 보호층(55) 내에 요철구조가 형성되지 않을 수 있다.
상기 본딩 패드들(101)과 상기 발광다이오드(UC)의 하부면 내에 노출된 전극 들(43, 45)은 도전성 와이어들(135)에 의해 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 나타낸 단면도들이다. 본 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법은 후술하는 것을 제외하고는 도 1a 내지 도 1h를 참조하여 설명한 발광다이오드의 제조방법과 유사할 수 있다.
도 5a을 참조하면, 베이스 기판(10) 상에 발광구조체(S)를 형성한다. 상기 발광구조체(S)는 차례로 적층된 제1 클래드층(21), 활성층(25) 및 제2 클래드층(27)을 구비하며, 상기 제2 클래드층(27) 및 상기 활성층(25)의 주변에는 상기 제1 클래드층(21)의 일부가 노출될 수 있다. 상기 제1 클래드층(21)은 버퍼층(21a) 및 제1형 반도체층(21b)를 구비할 수 있다. 상기 제2 클래드층(27)은 제2형 반도체층일 수 있다.
이 후, 상기 제1 클래드층(21), 상기 활성층(25) 및 상기 제2 클래드층(27)의 측벽을 덮는 절연 스페이서(31)를 형성할 수 있다. 이 후, 상기 제2 클래드층(27) 상에 전류 스프레딩층(41)을 형성할 수 있다.
상기 노출된 제1 클래드층(21)의 상부면 및 상기 전류 스프레딩층(41) 상에 각각 접속하는 제1 전극(45) 및 제2 전극(43)을 형성할 수 있다. 상기 제2 전극(43)은 상기 전류 스프레딩층(41)을 통해 상기 제2 클래드층(27)에 전기적으로 접속할 수 있다.
상기 전극들(43, 43)이 형성된 베이스 기판(10) 상에 절연 보호층(55)을 형 성할 수 있다. 상기 절연 보호층(55)은 차례로 적층된 패시베이션층(55_1)과 봉지층(55_2)을 구비할 수 있다. 상기 절연 보호층(55)의 상부면 내에 요철구조(55a)를 형성할 수 있다. 상기 요철구조(55a)는 상기 활성층(25)에서 방출된 광이 상기 제1 클래드층(21)을 통해 출사되는 경우에는 생략될 수 있다.
이 후, 상기 절연 보호층(55) 내에 상기 전극들(43,45)이 상기 베이스 기판(10) 상으로 연장된 부분을 노출시키는 개구부(55b)를 형성할 수 있다.
이어서, 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off; LLO), 화학적 리프트 오프(Chemical Lift-Off; CLO), 화학적 식각 , 그라운딩/랩핑 등의 기계적 연마 또는 화학기계적 연마법을 사용하여 상기 베이스 기판(10)을 제거할 수 있다. 일 예로서, 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off; LLO)법을 사용하는 경우에는 상기 베이스 기판(10) 하부에 레이저(L)를 조사할 수 있다. 상기 레이저(L)의 조사에 의해 상기 제1 클래드층(21)의 하부 일부 예를 들어, 버퍼층(21a)은 분해되고, 이에 따라 상기 베이스 기판(10)은 분리될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 상기 발광구조체들(S) 사이의 절연 보호층(55)을 소잉하여, 서로 분리된 단위발광다이오드들(UC2)을 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 발광다이오드(UC2)를 나타낸 레이아웃도이다. 도 5b에 도시된 단위 발광다이오드의 단면은 도 6의 절단선 I-I'를 따라 취해진 단면에 대응한다. 본 실시예에 따른 단위 발광다이오드는 후술하는 것을 제외하고는 도 2를 참조하여 설명한 단위 발광다이오드와 유사할 수 있다.
도 5b 및 도 6을 참조하면, 절연 보호층(55)은 상기 전극들(43,45)이 상기 발광구조체(S)에서 멀어지는 방향으로 각각 연장된 부분들을 노출시키는 개구부들(55b)을 포함할 수 있다.
도 7는 본 발명의 다른 실시예에 따른 와이어 본딩형 발광다이오드 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 7을 참조하면, 베이스 보드(100) 상에 위치한 한 쌍의 본딩 패드들(101) 및 절연 코팅층(102)을 구비하는 회로 보드(CB) 상에 발광다이오드(UC2)가 배치될 수 있다. 상기 발광다이오드(UC2)는 도 6 및 도 5b를 참조하여 설명한 발광다이오드일 수 있다. 상기 본딩 패드들(101)은 도전성 와이어들(135)에 의해 상기 발광다이오드(UC2)의 절연 보호층(55)의 개구부들(55b) 내에 노출된 전극들(43, 45)에 각각 접속할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 실장형 발광다이오드 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 8을 참조하면, 베이스 보드(100) 상에 위치한 한 쌍의 본딩 패드들(101) 및 절연 코팅층(102)을 구비하는 회로 보드(CB) 상에 발광다이오드(UC2)가 플립되어 배치될 수 있다. 상기 발광다이오드(UC2)는 도 6 및 도 5b를 참조하여 설명한 발광다이오드일 수 있다. 다만, 상기 발광다이오드(UC2)에는 절연 보호층(55) 내에 요철구조가 형성되지 않을 수 있다. 상기 본딩 패드들(101)은 도전성 볼들(130)에 의해 상기 발광다이오드(UC2)의 절연 보호층(55)의 개구부들(55b) 내에 노출된 전극들(43, 45)에 각각 접속할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.