KR101205524B1

KR101205524B1 - 플립칩 구조의 발광 소자 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR101205524B1
Application number: KR20050089759A
Authority: KR
Inventors: 윤여진; 이재호
Original assignee: 서울옵토디바이스주식회사
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2012-11-27
Also published as: KR20070035186A

Abstract

본 발명은 베이스 기판의 일면에 n형 반도체층, 상기 n형 반도체층의 일부에 형성된 p형 반도체층과, 오믹성 투과층을 포함하는 발광 셀이 형성된 발광 셀 블록 및 상기 발광 셀 블록이 플립칩 본딩되는 서브 마운트 기판을 포함하고, 상기 서브 마운트 기판은 플립칩 본딩되는 상면에 반사층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 및 이의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 의한 발광 소자 및 이이 제조 방법은 p형 반도체층 상에 오믹성 투과층을 형성하고 서브 마운트 기판 상에 반사층을 형성함으로써, 광의 흡수를 막고 반사율을 높여 발광 효율을 향상시킬 수 있으며 광출력 특성을 향상시킬 수 있다.

발광 소자, LED, 플립칩, 반도체, 반사율, 발광 효율

Description

플립칩 구조의 발광 소자 및 이의 제조 방법 {Flip chip Light-emitting device and Method of manufacturing the same}

도 1은 종래 플립칩 구조의 발광 소자를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시예를 도시한 단면도.

도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 제 1 실시예의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 제 2 실시예의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 제 3 실시예를 도시한 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 제 4 실시예를 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20, 25 : 베이스 기판 30 : n형 반도체층

40 : 활성층 50 : p형 반도체층

60 : 오믹성 투과층 70, 75 : 금속범프

80 : 배선 90 : 투과층

100 : 발광 셀 블록 200 : 서브 마운트 기판

210 : 기판 220 : 반사층

230 : 유전체막 240, 245 : 본딩 패드

250 : 전극층 260 : 본딩층

본 발명은 발광 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플립칩(Flip-Chip) 구조의 발광 소자에 있어서 발광 효율과 휘도를 향상시키기 위한 발광 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

발광 소자(light emission diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN, AlGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써 다양한 색을 구현할 수 있다.

이러한 발광 소자는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고 진동에 강한 특성을 보인다. 이러한 발광 소자는 표시 소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 우수한 특성을 갖기 때문에 최근 일반 조명용, 대형 LCD-TV 백라이트, 자동차 헤드라이트, 일반 조명에까지 응용이 확대될 것으로 예상되며, 이를 위해서는 발광 소자의 발광 효율의 개선이 필요하고, 열방출 문제를 해결하여야 하며, 발광 소자의 고휘도화, 고출력화를 달성하여야 한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 최근에 플립칩(flip-chip) 구조의 반도체 발광 소자에 대한 관심이 날로 높아지고 있다. 플립칩 구조의 발광 소자는 p형 반도체층이 아닌 사파이어 기판을 통해 발광함으로써 두꺼운 p형 전극을 사용하여 p형 반도체층의 전류 퍼짐을 좋게 하고 서브 마운트 기판을 통한 열방출로 인해 열저항을 크게 감소시킬 수 있다.

플립칩 구조의 발광 소자는 활성층에서 p형 반도체층으로 방출되는 광을 반사시켜 사파이어 기판 쪽으로 빛을 나오게 해야 하기 때문에 반사층의 형성이 필수적인 요소이며, 이의 접촉 저항을 개선하여 구동전압 특성을 향상시키고, 광 추출 효율(light extraction efficiency)의 향상을 위해 반사율을 높이기 위한 노력이 필요하다.

이에 반사층에 대한 많은 연구들이 수행되고 있다. 대한민국 등록특허 제0506741호에서는 밀착력 확보층, 반사전극층, 캡층의 세 층을 구비함으로써, 반사효율 및 전류확산 효율을 개선하고, 접촉저항을 개선함으로써 휘도 및 구동전압 특성이 향상된 플립칩용 질화물 반도체 발광 소자를 개시하고 있다. 또한 대한민국 공개특허 제2005-0068402에서는 p형 클래드층 상부의 소정 영역에 소정 굴절율의 제1코팅층과 상기 제2코팅층이 교대로 한 쌍 이상 형성되어 이루어진 고반사코팅층을 포함하여 접촉 저항을 낮추고 반사율이 증가된 발광 소자를 개시하고 있다.

상기 특허에서는 일반적으로 도 1에 도시한 바와 같이 p형 반도체층 상에 반사층을 형성하고 플립칩 구조로 형성하고 있다. 즉, 소정의 기판(1) 상에 n형 반도체층(5), 활성층(6), p형 반도체층(7)을 순차적으로 형성한다. p형 반도체층(7)과 활성층(6)의 일부를 식각하여 n형 반도체층(5)을 노출시킨 후, p형 반도체층(7) 상에 오믹성 반사층(8)을 형성하여 발광 셀을 제조한다. 또한, 별도의 서브 마운트 기판(2)을 준비하여 제 1 및 제 2 전극(3, 4)을 형성하고, 제 1 전극(3) 상에는 p형 솔더(9)를 형성하고, 제 2 전극(4) 상에는 n형 솔더(10)를 형성한다. 이후, 상기 발광 셀을 상기 서브 마운트 기판(2)에 본딩하되, 발광 셀의 p 전극을 p형 솔더(9)에, n 전극을 n형 솔더(10)에 본딩한다. 발광 셀이 본딩된 기판을 봉지하는 몰딩부(미도시)를 형성하여 발광 소자를 제작한다.

그러나 이와 같은 구조의 반도체 발광 소자는 발광층에서 생성된 광자의 많은 양이 플립칩 내부 공간에서 흡수되어 소멸된다. 즉, 활성층에서 p형 반도체층 상의 반사층에 의해 반사되어 다시 반도체층을 통하며 흡수 소멸되기 때문에 발광 소자의 외부로 잘 빠져나가지 못하고 광출력이 저조한 단점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광의 흡수를 막고 광의 반사를 원활히 하여 높은 휘도와 발광 효율을 갖고, 발생열을 효과적으로 확산시켜 향상된 광출력 특성과 재현성을 갖는 플립칩 구조의 발광 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서브 마운트 기판; 상기 서브 마운트 기판 상에 구비된 유전체층; 상기 유전체층 상에 구비된 복수 개의 전극층; 상기 전극층들 상에 구비된 오믹성 투과층; 및 상기 오믹성 투과층 상에 구비된 복수 개의 발광셀을 포함하고, 상기 발광셀들 상에 요철면 또는 투명한 요철층을 구비한 발광소자를 제공한다.
상기 발광소자는 상기 발광셀들 상에 구비된 투명한 베이스 기판을 더 포함하며, 상기 요철면은 상기 베이스 기판의 표면에 구비되되, 상기 발광셀들과 접하는 일 표면에 구비되며, 상기 투명한 요철층은 상기 발광셀들과 접하는 상기 베이스 기판의 일 표면의 반대측 표면인 타 표면 상에 구비될 수 있다.
상기 발광소자는 상기 발광셀들을 직렬로 연결하는 적어도 하나의 배선을 더 포함할 수 있다.
상기 발광소자는 상기 서브 마운트 기판과 상기 유전체층 사이에 구비된 반사층을 더 포함할 수 있다.
상기 반사층은 Ag, Al 또는 이의 합금일 수 있다.
본 발명은 서브 마운트 기판; 상기 서브 마운트 기판 상에 구비된 반사층; 상기 반사층 상에 구비된 복수 개의 전극층; 및 상기 전극층들 상에 구비된 복수의 발광셀을 포함하고, 상기 발광셀들의 상에 요철면 또는 투명한 요철층을 구비한 발광소자를 제공한다.
상기 발광소자는 상기 발광셀들 상에 구비된 투명한 베이스 기판을 더 포함하며, 상기 요철면은 상기 베이스 기판의 표면에 구비되되, 상기 발광셀들과 접하는 일 표면에 구비되며, 상기 투명한 요철층은 상기 발광셀들과 접하는 상기 베이스 기판의 일 표면의 반대측 표면인 타 표면 상에 구비될 수 있다.
상기 발광소자는 상기 발광셀들을 직렬로 연결하는 적어도 하나의 배선을 더 포함할 수 있다.
상기 발광소자는 상기 반사층과 전극층들 사이에 구비된 유전체막을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 서브 마운트 기판; 상기 서브 마운트 기판 상에 구비된 반사층;
상기 반사층 상에 구비된 복수 개의 전극층; 상기 전극층들 상에 구비된 복수의 발광셀; 및 상기 발광셀들 상에 구비된 투명한 베이스기판을 포함하는 발광소자를 제공한다.
상기 베이스기판은 상기 발광셀들과 접하는 일 표면에 요철면을 구비할 수 있다.
상기 베이스기판은 상기 발광셀들과 접하는 일 표면의 반대 표면인 타 표면 상에 투명한 요철층을 더 구비할 수 있다.
상기 발광소자는 상기 발광셀들을 직렬로 연결하는 적어도 하나의 배선을 더 포함할 수 있다.
상기 발광소자는 상기 반사층과 전측층들 사이에 유전체층을 더 포함할 수 있다.
상기 발광소자는 상기 서브 마운트 기판의 일 가장자리에 구비된 본딩패드를 더 포함하며, 상기 본딩패드는 상기 반사층과 발광셀들 사이에 구비되며, 상기 전극층과는 동일 평면 상에 구비되도록 서로 이격되어 구비될 수 있다.

삭제

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 발광 소자 및 이의 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

삭제

도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시예를 도시한 단면도이다.

도면을 참조하면, 베이스 기판(20) 상에 순차적으로 형성된 발광층, 즉 n형 반도체층(30), 활성층(40) 및 p형 반도체층(50)을 포함하고, 금속 범프(70, 75)를 이용하여 상기 발광층이 형성된 베이스 기판(20)과 플립칩 본딩되는 서브 마운트 기판을 포함한다. 상기 발광층의 금속 범프(70)가 본딩되는 면, 즉 상기 p형 반도 체층(50)의 상면에는 빛을 투과시키며 전류 주입 면적을 증가시키는 오믹성 투과층(60)을 포함한다. 상기 서브 마운트 기판은 별도의 기판(210) 상에 상기 발광층에서 방출되는 광을 반사시키는 반사층(220)과, 상기 발광층의 p형 반도체층(50)과 n형 반도체층(30)과 각각 본딩될 p형 본딩 패드(240)와 n형 본딩 패드(245)를 포함한다. 상기 반사층(220)이 금속인 경우, 반사층(220)의 절연 역할을 하는 유전체막(230)을 더 포함한다.

이와 같은 본 발명의 발광 소자는 서브 마운트 기판을 통한 열방출을 통해 발광 소자의 열적 부담을 줄일 수 있고, 발광층에서 발생한 광이 p형 반도체층 상에 형성한 오믹성 투과층을 투과하고 서브 마운트 기판의 반사층으로 인해 반사됨으로써 반도체층을 통한 광의 흡수 없이 외부로 빠져나가기 때문에 향상된 발광 효율을 얻을 수 있다.

하나의 기판 상에 다수 개의 발광 소자를 제작하고 추후 개별적으로 절단하여 단일 셀을 하나의 발광 소자로 사용할 수 있으며, 하기 설명되는 바와 같이 웨이퍼 레벨에서 다수 개의 발광 셀을 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결하여 하나의 발광 소자를 제조할 수도 있다. 이와 같은 발광 소자는 다수의 발광 셀을 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결하여 소자의 크기를 줄이고, 적정 전압 및 전류에 구동되도록 하여 조명용으로 사용가능하며 교류 전원에서도 구동할 수 있다. 이에 대해 구체적으로 후술한다.

도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 제 1 실시예의 제조 공정의 일예를 설명하기 위한 단면도들이다.

도 3a를 참조하면, 베이스 기판(20) 상에 발광층, 즉 n형 반도체층(30), 활성층(40) 및 p형 반도체층(50)을 순차적으로 형성한다.

상기의 베이스 기판(20)으로는 발광 소자를 제작하기 위한 통상의 웨이퍼를 지칭하는 것으로, Al₂O₃, ZnO, LiAl₂O₃ 등의 투명 기판을 사용한다. 본 실시예에서는 사파이어 기판을 사용한다. 상기 베이스 기판(20) 상에 n형 반도체층(30)을 형성하기 전에 사파이어 기판과의 격자 부정합도를 줄이기 위하여, AlN 또는 GaN을 포함하는 버퍼층(미도시)을 형성할 수도 있다.

n형 반도체층(30)은 전자가 생성되는 층으로서, n형 불순물이 주입된 질화갈륨(GaN)을 사용하는 것이 바람직하고, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다. 본 실시예에서는 n형 Al_xGa₁ _- _xN(0≤x≤1)을 포함하는 n형 반도체층(30)을 형성한다. 또한, p형 반도체층(50)은 정공이 생성되는 층으로서, p형 불순물이 주입된 질화갈륨(GaN)을 사용하는 것이 바람직하고, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다. 본 실시예에서는 p형 Al_xGa₁ _- _xN(0≤x≤1)을 포함하는 p형 반도체층(50)을 형성한다. 뿐만 아니라 상기 반도체층으로 InGaN을 사용할 수 있다. 또한 상기의 n형 반도체층(30) 및 p형 반도체층(50)은 다층막으로 형성할 수도 있다.

활성층(40)은 소정의 밴드 갭을 가지며 양자 우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, InGaN을 포함하여 이루어질 수 있다. 활성층(40)을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 전공이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화된 다. 따라서, 목표로 하는 파장에 따라 활성층(40)에 포함되는 반도체 재료를 조절하는 것이 바람직하다.

상술한 물질층들은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PCVD; Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등을 포함한 다양한 증착 및 성장 방법을 통해 형성된다.

이후, 도 3b에 도시한 바와 같이 p형 반도체층(50), 활성층(40) 및 n형 반도체층(30)의 일부를 제거하여 발광 셀 간을 분리한다. 이를 위해 p형 반도체층(50) 상에 소정의 마스크 패턴(미도시)을 형성한 다음, 상기 마스크 패턴에 의해 노출된 영역의 p형 반도체층(50), 활성층(40) 및 n형 반도체층(30)을 식각하여 다수의 발광 셀을 전기적으로 분리한다.

도 3c에 도시한 바와 같이 소정의 식각 공정을 통해 p형 반도체층(50) 및 활성층(40)의 일부를 제거하여 n형 반도체층(30)의 일부를 노출한다. p형 반도체층(50) 상에 소정의 식각 마스크 패턴을 형성한 다음, 건식/습식 식각 공정을 실시하여 p형 반도체층(50) 및 활성층(40)을 제거하여 n형 반도체층(30)을 노출시킨다.

도 3d에서 볼 수 있듯이 상기 p형 반도체층(50) 상에는 p형 반도체층(50)의 저항을 줄이고 광의 투과율을 향상시키기 위해 오믹성 투과층(60)을 형성한다. 상기 오믹성 투과층(60)으로는 ITO(Indium Tin Oxide), 또는 Ni를 포함한 2층 이상의 합금층을 사용한다. 또한 상기 노출된 n형 반도체층(30) 상에 전류의 공급을 원활 히 하기 위해 Cr, Au를 포함하는 별도의 오믹 금속층을 더 형성할 수도 있다.

또한 p형 반도체층(30) 상의 오믹성 투과층(60) 상에 p형 금속 범프(70)를 형성하고, 노출된 n형 반도체층(30) 상에 n형 금속 범프(75)를 형성한다. 이를 위해, 전체 구조 상에 감광막을 도포한 다음, 소정의 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 실시하여 오믹성 투과층(60)과 n형 반도체층(30)의 일부를 노출시킨 소정의 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 전체 구조상에 금속막을 증착한 다음, 상기 감광막 패턴에 의해 노출된 오믹성 투과층(60) 상부에 형성된 금속막과, n형 반도체층(30)의 상부에 형성된 금속막을 제외한 나머지 영역의 금속막 및 상기 감광막 패턴을 제거한다. 이로써, 오믹성 투과층(60) 상에는 p형 금속 범프(70)가 형성되고, n형 반도체층(30) 상에는 n형 금속 범프(75)가 형성된다. 상기 p형 및 n형 금속범프(70, 75)로는 Pb, Sn, Au, Ge, Cu, Bi, Cd, Zn, Ag, Ni 및 Ti 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있고, 이들의 합금을 사용할 수 있다.

이로써, 다수의 발광 셀이 형성된 발광 셀 블록(100)이 형성된다. 이러한 발광 셀 블록(100)의 제조 공정은 상술한 방법에 한정되지 않고 다양한 변형과 다양한 물질막이 더 추가될 수 있다. 즉, p형 반도체층(50) 상에 오믹성 투과층(60)을 형성한 다음, 발광 셀간의 분리를 위한 식각을 실시할 수도 있다. 또한, n형 반도체층(30)을 먼저 노출시킨 다음, 발광 셀간의 분리를 위해 노출된 n형 반도체층(30)의 일부를 제거할 수도 있다.

다음으로, 상기 발광 셀 블록(100)과 본딩될 별도의 서브 마운트 기판(200)을 마련한다.

도 3e를 참조하면, 서브 마운트 기판(200)은 기판(210)과, 상기 기판(210) 표면에 형성된 반사층(220)과, 유전체막(230)과, 상기 발광 셀 블록(100)의 일 발광 셀의 n형 반도체층(30)과 인접한 다른 발광 셀의 p형 반도체층(50)을 연결하는 다수 개의 전극층(250)을 포함한다. 또한, 일 가장자리에 형성된 p형 본딩 패드(240)와, 다른 일 가장자리에 형성된 n형 본딩 패드(245)를 더 포함한다.

이 때 기판(210)으로는 열전도성이 우수한 SiC, Si, Ge, SiGe, AlN, 금속 등을 사용한다. 본 실시예에서는 열전도성이 우수하며 절연 성질을 갖는 AlN을 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고, 열전도율이 크며 전기 전도성이 우수한 금속성 물질을 사용할 수 있다.

상기 기판(210) 표면의 반사층(220)은 Al, Ag 또는 이들 금속의 합금을 사용한다. 반사층(220) 상에 절연막 또는 유전체막을 형성하여 충분한 절연 역할을 하도록 한다. 유전체막(230)으로 SiO₂, MgO 및 SiN, 또는 절연성 물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 전극층(250)과 n형 본딩 패드(245) 및 p형 본딩 패드(240)는 전기 전도성이 우수한 금속을 사용한다. 이는 스크린 인쇄 방법으로 형성하거나, 소정의 마스크 패턴을 이용한 증착 공정을 통해 형성한다.

이후, 앞서 설명한 발광 셀 블록(100)과, 서브 마운트 기판(200)을 플립칩 본딩 하여 발광 소자를 제작한다. 즉, 도 3f는 상기 발광 셀 블록(100)과 상기 서브 마운트 기판(200)이 본딩된 것을 도시한 것으로, 본 발명의 발광 소자는 금속 범프(70, 75)를 통해 본딩하되, 발광 셀 블록(100)의 일 발광 셀의 p형 반도체층 (50)과 인접한 다른 발광 셀의 n형 반도체층(30)이 금속 범프(70, 75)와 서브 마운트 기판(200)의 전극층(250)을 통해 전기적으로 연결되도록 본딩한다. 발광 셀 블록(100) 내의 일 가장자리에 위치한 p형 금속 범프(70)는 서브 마운트 기판(200)의 p형 본딩 패드(240)에 접속되고, 타 가장자리에 위치한 n형 금속 범프(75)는 서브 마운트 기판(200)의 n형 본딩 패드(245)에 접속된다.

이 때, 열 또는 초음파(ultrasonic)를 이용하거나, 열과 초음파를 동시에 사용하여 본딩할 수 있다. 금속범프(70, 75)와 하부 본딩 패드(240, 245)와의 접속은 다양한 본딩 방법을 통해 본딩된다.

또한, 발광 셀의 상부에 n형 및 p형 금속범프(70, 75)가 형성되지 않고, 서브 마운트 기판에 각각의 금속범프(70, 75)가 형성될 수도 있다.

상술한 본 발명의 발광 소자의 제조 공정은 일 실시예일뿐 이에 한정되지 않고, 다양한 공정과 제조 방법이 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 변경되거나 추가될 수 있다.

이로써, 플립칩 형태의 다수의 발광 셀들이 서브 마운트 기판 상에 어레이된 발광 소자를 제조할 수 있다. 상기 발광 셀들은 원하는 목적에 따라 직렬, 병렬 또는 직병렬로 다양하게 연결될 수 있다. 이러한 본 발명의 발광 소자는 p형 반도체층 상의 오믹성 투과층을 통해 발광층에서 발생한 광을 투과시키고 서브 마운트 기판 상의 반사층에 의해 반사시킴으로써, 광의 흡수를 막고 광의 반사를 원활히 하여 높은 휘도와 발광 효율을 얻을 수 있다.

본 실시예는 발광 셀 블록과 서브 마운트 기판의 플립칩 본딩시 금속 범프를 이용하여 인접한 발광 셀의 n형 반도체층과 p형 반도체층이 전기적으로 연결되도록 한다. 그러나 이에 한정되지 않고, 발광 셀 블록의 제조시 브리지(Bridge) 공정 또는 스텝 커버(Step Cover) 등의 공정을 통해 각기 인접한 발광 셀의 n형 반도체층과 p형 반도체층을 전기적으로 연결하는 브리지 배선을 형성한 후, 서브 마운트 기판과 플립칩 본딩할 수도 있다. 이에 관한 구체적인 설명은 후술한다.

도 4a 내지 도 4d는 제 2 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.

도 4a를 참조하면, 베이스 기판(20) 상에 n형 반도체층(30), 활성층(40) 및 p형 반도체층(50)이 순차적으로 형성된 다수개의 발광 셀을 형성한다. 상기 p형 반도체층(50) 상에 ITO(Indium Tin Oxide), 또는 Ni를 포함한 2층 이상의 합금층으로 이루어진 오믹성 투과층(60)을 형성한다. 이는 상술한 제 1 실시예의 경우와 동일하며, 중복되는 설명은 생략한다.

이후, 소정의 배선 형성 공정을 통해 인접한 발광 셀간의 n형 반도체층(30)과 p형 반도체층(50)을 연결한다. 즉, 일 발광 셀의 노출된 n형 반도체층(30)과 이와 인접한 다른 일 발광 셀의 p형 반도체층(50)을 배선(80)으로 연결한다. 이 때 브리지(Bridge) 공정 또는 스텝 커버(Step Cover) 등의 공정을 통해 각기 인접한 발광 셀의 n형 반도체층(30)과 p형 반도체층(50) 간을 전기적으로 연결하는 도전성 배선(80)을 형성한다.

상술한 브리지 공정은 에어브리지 공정이라고도 하며, 서로 연결할 칩 간에 포토 공정을 이용해 감광액을 도포하고 현상하여 감광막 패턴을 형성하고, 그 위에 금속 등의 물질을 진공 증착 등의 방법으로 먼저 박막으로 형성하고, 다시 그 위에 전기 도금(electroplating), 무전해 도금(electroplating) 또는 금속 증착 등의 방법으로 금을 포함하는 도전성 물질을 일정 두께로 도포한다. 이후, 솔벤트등의 용액으로 감광막 패턴을 제거하면 도전성 물질의 하부는 다 제거되고 브리지 형태의 도전성 물질만이 공간에 형성된다.

또한, 스텝 커버 공정은 서로 연결할 칩 간에 포토 공정을 이용해 감광액을 도포하고, 현상하여 서로 연결될 부분만을 남기고 다른 부분은 감광막 패턴으로 뒤덮고, 그 위에 전기 도금, 무전해 도금 또는 금속 증착 등의 방법으로 금을 포함하는 도전성 물질을 일정 두께로 도포한다. 이어서, 솔벤트 등의 용액으로 감광막 패턴을 제거하면 도전성 물질이 덮인 이외의 부분은 다 제거되고 이 덮혀진 부분 만이 남아 연결할 칩 사이를 전기적으로 연결시키는 역할을 하게 되다.

상기의 배선(80)으로는 금속뿐만 아니라 전도성을 갖는 모든 물질들을 사용할 수 있다. 예를 들어, Au, Ag, Ni, Cr, Pt, Pd, Ti, W, Ta 또는 그 합금으로 형성할 수 있다.

이후, 발광 셀의 상부에 다수 개의 금속 범프(70, 75)를 형성하고, 발광 셀 블록(100)의 일 가장자리에 위치한 발광 셀의 p형 반도체층(50)과 다른 일 가장자리에 위치한 발광 셀의 n형 반도체층(30) 상에 각각 p형 금속 범프(70) 및 n형 금속 범프(75)를 형성한다.

이로써, 다수의 발광 셀이 도전성 배선(80)에 의해 전기적으로 연결된 발광 셀 블록(100)이 형성된다.

다음으로 본 발명의 플립칩 구조의 발광 소자용 서브 마운트 기판(200)을 마 련한다.

도 4c를 참조하면, 서브 마운트 기판(200)은 기판(210)과, 상기 기판(210) 표면에 형성된 반사층(220)과, 유전체막(220)과, 상기 유전체막(220) 상부에 형성된 다수의 본딩층(260)을 포함한다. 또한, 일 가장자리에 위치한 p형 본딩 패드(240)와, 다른 일 가장자리에 위치한 n형 본딩 패드(245)를 더 포함한다.

이후, 앞서 설명한 발광 셀 블록(100)과, 서브 마운트 기판(200)을 플립칩 본딩 하여 발광 소자를 제작한다.

도 4d를 참조하면, 본 발명의 발광 소자는 발광 셀 블록(100)과 서브 마운트 기판(200)을 플립칩 본딩하되, 발광 셀 상부에 형성된 금속 범프(70, 75)에 의해 본딩한다. 발광 셀 블록(100) 내의 일 가장자리에 위치한 p형 금속 범프(70)는 서브 마운트 기판(200)의 p형 본딩 패드(240)에 접속되고, 타 가장자리에 위치한 n형 금속 범프(75)는 서브 마운트 기판(200)의 n형 본딩 패드(245)에 접속된다. 이 때, 열 또는 초음파(ultrasonic)를 이용하거나, 열과 초음파를 동시에 사용하여 본딩할 수 있다.

금속 범프(70, 75)의 위치는 이에 한정되지 않고, 상기 브리지 배선(80)의 전기 흐름을 방해하지 않는다면 플립칩 본딩에 바람직한 위치에 다양하게 형성할 수 있다. 또한, 발광 셀 블록(100) 내의 발광 셀에 금속 범프(70, 75)가 형성되지 않고, 서브 마운트 기판(200) 상에 금속 범프(70, 75)가 형성될 수도 있다.

상기 발광 셀 블록(100)과 서브 마운트 기판(200)의 본딩은 상술한 방법에 한정되지 않고, 다양한 본딩 방법에 의해 플립칩 본딩될 수 있다.

본 실시예는 플립칩 본딩 이전에 브리지 배선(80)을 통해 이미 전기적 연결이 완료된 상태이므로, 플립칩 본딩시 전기 연결을 위해 별도의 패턴을 형성하거나, 그에 따라 정확한 얼라인을 고려해야 하는 등의 번거로움을 줄일 수 있는 장점이 있다.

이로써, 다수의 발광 셀들이 도전성 배선에 의해 연결되어 서브 마운트 기판 상에 플립칩 본딩된 발광 소자를 제조할 수 있다. 상기 발광 셀들은 원하는 목적에 따라 직렬, 병렬 또는 직병렬로 다양하게 연결될 수 있다. 이러한 본 발명의 발광 소자는 p형 반도체층 상의 오믹성 투과층을 통해 발광층에서 발생한 광을 투과시키고 서브 마운트 기판 상의 반사층에 의해 반사시킴으로써, 광의 흡수를 막고 광의 반사를 원활히 하여 높은 휘도와 발광 효율을 얻을 수 있다.

본 발명의 발광 소자는 상술한 설명에 한정되지 않고 다양한 실시예가 가능하다.

도 5에 도시한 제 3 실시예를 참조하면, 발광 소자는 요철을 포함한 베이스 기판(25) 상에 다수개의 발광 셀들이 어레이된 발광 셀 블록과, 상기 발광 셀 블록이 플립칩 본딩되는 서브 마운트 기판을 포함한다.

이는 먼저 베이스 기판(25)에 소정의 식각 공정을 통해 일정한 형상의 요철을 형성한 다음, 상기와 동일한 제조 공정을 실시하여 제조할 수 있다.

본 실시예는 종래의 평탄한 표면에서 반사되었던 광자가 요철로 인해 다양한 각의 표면에 반사되지 않고 외부로 빠져나가기 때문에 더욱 높은 휘도와 발광 효율을 얻을 수 있는 장점이 있다.

또는 도 6에 도시한 제 4 실시예와 같이, 발광 셀 블록의 베이스 기판(20)의 하면에 요철을 포함하는 투과층(90)을 형성하여 발광 소자를 형성할 수 있다. 이는 상기와 마찬가지로 표면의 요철이 광의 임계각을 변화시켜 보다 용이하게 광을 추출할 수 있게 돕는다. 그리하여 발광층에서 발생한 광이 발광 소자의 외부로 방출될 확률을 높여 더욱 높은 휘도와 발광 효율을 얻을 수 있다.

상술한 제 3 및 제 4 실시예는 도시된 바와 같이 한정되지 않고 다른 실시예에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 3f에 도시한 제 1 실시예와 같이 금속 범프와 전극층을 이용하여 다수 개의 발광 셀을 전기 연결한 본 발명의 발광 소자에 있어서, 베이스 기판 상에 요철을 형성함으로써 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 상술한 각 실시예는 서로 조합되어 적용될 수도 있다.

본 발명에 의한 발광 소자 및 이의 제조 방법은 다수의 발광 셀이 플립칩 구조로 어레이된 발광 소자를 구현함으로써, 서브 마운트 기판을 통한 열방출로 발광 소자의 열적 부담을 줄일 수 있고, 별도의 제어 장치 없이 일반 조명용 소자로 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한 이러한 발광 소자에 있어서, p형 반도체층 상에 오믹성 투과층을 형성 하고 서브 마운트 기판 상에 반사층을 형성함으로써, 광의 흡수를 막고 반사율을 높여 발광 효율을 향상시킬 수 있으며 광출력 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims

서브 마운트 기판;

상기 서브 마운트 기판 상에 구비된 유전체층;

상기 유전체층 상에 구비된 복수 개의 전극층;

상기 전극층들 상에 구비된 오믹성 투과층; 및

상기 오믹성 투과층 상에 구비된 복수 개의 발광셀을 포함하고,

상기 발광셀들 상에 요철면 또는 투명한 요철층을 구비한 발광소자.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 발광셀들 상에 구비된 투명한 베이스 기판을 더 포함하며,

상기 요철면은 상기 베이스 기판의 표면에 구비되되, 상기 발광셀들과 접하는 일 표면에 구비되며, 상기 투명한 요철층은 상기 발광셀들과 접하는 상기 베이스 기판의 일 표면의 반대측 표면인 타 표면 상에 구비되는 발광소자.
제 1 항에 있어서,

상기 발광셀들을 직렬로 연결하는 적어도 하나의 배선을 더 포함하는 발광소자.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 서브 마운트 기판과 상기 유전체층 사이에 구비된 반사층을 더 포함하는 발광소자.
제 6 항에 있어서,

상기 반사층은 Ag, Al 또는 이의 합금인 것을 특징으로 하는 발광소자.
서브 마운트 기판;

상기 서브 마운트 기판 상에 구비된 반사층;

상기 반사층 상에 구비된 복수 개의 전극층; 및

상기 전극층들 상에 구비된 복수의 발광셀을 포함하고,

상기 발광셀들 상에 요철면 또는 투명한 요철층을 구비한 발광소자.
삭제
제 8 항에 있어서,

상기 발광셀들 상에 구비된 투명한 베이스 기판을 더 포함하며,

상기 요철면은 상기 베이스 기판의 표면에 구비되되, 상기 발광셀들과 접하는 일 표면에 구비되며, 상기 투명한 요철층은 상기 발광셀들과 접하는 상기 베이스 기판의 일 표면의 반대측 표면인 타 표면 상에 구비되는 발광소자.
제 8 항에 있어서,

상기 발광셀들을 직렬로 연결하는 적어도 하나의 배선을 더 포함하는 발광소자.
제 8 항에 있어서,

상기 반사층과 전극층들 사이에 구비된 유전체막을 더 포함하는 발광소자.
서브 마운트 기판;

상기 서브 마운트 기판 상에 구비된 반사층;

상기 반사층 상에 구비된 복수 개의 전극층;

상기 전극층들 상에 구비된 복수의 발광셀; 및

상기 발광셀들 상에 구비된 투명한 베이스기판을 포함하는 발광소자.
제 13 항에 있어서,

상기 베이스기판은 상기 발광셀들과 접하는 일 표면에 요철면을 구비한 발광소자.
제 13 항에 있어서,

상기 베이스기판은 상기 발광셀들과 접하는 일 표면의 반대 표면인 타 표면 상에 투명한 요철층을 더 구비한 발광소자.
제 13 항에 있어서,

상기 발광셀들을 직렬로 연결하는 적어도 하나의 배선을 더 포함하는 발광소자.
제 13 항에 있어서,

상기 반사층과 전측층들 사이에 유전체층을 더 포함하는 발광소자.
제 13 항에 있어서,

상기 서브 마운트 기판의 일 가장자리에 구비된 본딩패드를 더 포함하며,

상기 본딩패드는 상기 반사층과 발광셀들 사이에 구비되며, 상기 전극층과는 동일 평면 상에 구비되도록 서로 이격되어 구비된 발광소자.