KR101360881B1 - 전도성 연결 배선을 구비한 발광 다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명의 발광 다이오드는 기판에 형성된 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 다수의 메사 영역을 가지는 n형 GaN 클래드층; 상기 n형 GaN 클래드층 영역 각각의 상부면에 순차적으로 형성된 활성층과 p형 GaN 클래드층; 상기 p형 GaN 클래드층 각각의 상부면에 형성된 p-전극 영역; 상기 p-전극 영역에 이격되어 상기 n형 GaN 클래드층의 메사 영역 사이에 형성된 n-전극 영역; 상기 p-전극 영역의 일부와 상기 n-전극 영역의 일부에 걸쳐 형성되고 상기 p-전극 영역과 n-전극 영역을 절연시키는 제 1 패시베이션층; 및 상기 제 1 패시베이션층의 상부면에서 폐곡선 또는 라인 형태로 형성되고 상기 제 1 패시베이션층의 일부 영역을 관통하여 상기 n-전극 영역에 각각 전기적으로 연결된 전도성 연결 배선을 포함한다.

본 발명은 제 1 패시베이션층의 비아를 따라 다수의 n-전극에 각각 전기적으로 연결되는 폐곡선 라인 형태로 구비된 전도성 연결 배선을 이용하여 균일한 전류 전달을 이루며, 이에 따라 발광을 위한 유효한 발광 면적을 향상시키는 발광 다이오드를 획득할 수 있다.

전도성 연결 배선, 발광 다이오드, n-전극

Description

전도성 연결 배선을 구비한 발광 다이오드{Light emitting diode with conductive connect line}

본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히 균일한 전류 전달을 이루어 유효한 발광 면적을 최대한 확보하여 휘도를 향상시킬 수 있는 전도성 연결 배선을 구비한 발광 다이오드에 관한 것이다.

일반적으로, 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 전자와 홀의 재결합을 기초로 발광하는 반도체소자로서, 광통신, 전자기기 등에서 광원으로 널리 사용되는 것이다.

상기 발광다이오드에 있어서, 발광되는 광의 주파수(혹은 파장)은 반도체소자에 사용되는 재료의 밴드 갭 함수로서, 좁은 밴드 갭을 갖는 반도체 재료를 사용하는 경우 낮은 에너지와 긴 파장의 광자가 발생되고, 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체 재료를 사용하는 경우 짧은 파장의 광자가 발생한다.

예를 들어, AlGaInP 물질은 적색 파장의 광을 발생시키고, 실리콘 카바이드(SiC)와 Ⅲ족 질화물계 반도체, 특히 GaN는 청색 또는 자외선 파장의 광을 발생시킨다.

그 중에서, 갈륨계 발광다이오드는 GaN의 벌크 단결정체를 형성할 수 없기 때문에, GaN 결정의 성장에 적합한 기판을 사용하여야 하며, 대표적으로 사파이어 기판이 사용된다.

도 1a와 도1b는 종래의 플립-칩 구조의 발광 다이오드의 상면도 및 그 발광다이오드의 A-A 단면도를 각각 도시한 도면으로서, 종래의 발광 다이오드(20)는 예를 들어 사파이어기판(21)의 상면에 순차적으로 버퍼층(22), n형 GaN 클래드층(23a), 활성층(23b), p형 GaN 클래드층(23c)이 형성되며, 이와 같이 형성된 활성층(23b)과 p형 GaN 클래드층(23c)를 건식 에칭하여, n형 GaN 클래드층(23a)의 일부를 노출시킨 후, 노출된 n형 GaN 클래드층(23a)의 상부에는 n측 전극(26), 에칭되지 않은 p형 GaN 클래드층(23c)의 상부에는 투명전극(24)을 개재한 후 p측 전극(25)을 형성한다.

이후, p측 전극(25)과 n측 전극(26) 상에 각각 Au 또는 Au 합금으로 된 마이크로범퍼(microbump)(27,28)을 형성한다.

상기 발광 다이오드(20)는 도 1b에서 뒤집힌 상태에서 마운트 기판 또는 리드 프레임 등에 마이크로 범퍼(27,28)를 본딩 공정을 통해 장착한다.

이와 같은 종래의 발광 다이오드는 기판과 일체로 형성되어 전기적 접속을 위해 요구되는 면적을 줄일 수는 있으나, 최적의 균일한 전류 흐름을 얻지는 못하여, 발광 다이오드의 동작시 공급되는 전류가 일부 부분으로 집중되어 신뢰성이 저하된다.

또한, 종래의 발광 다이오드는 이러한 전류의 일부 집중으로 인해, 발광을 위한 유효한 발광 영역이 협소하여 발광 효율이 저하되며, 그로 인하여 발광 다이오드의 발광 효율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 최적의 균일한 전류 흐름을 획득하고 이에 따라 유효한 발광 영역을 최대로 확보하여 발광 다이오드의 신뢰성과 효율을 향상시킬 수 있는 전도성 연결 배선을 구비한 발광 다이오드를 제공하는데 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는 기판에 형성된 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 다수의 메사 영역을 가지는 n형 GaN 클래드층; 상기 n형 GaN 클래드층의 메사 영역 각각의 상부면에 순차적으로 형성된 활성층과 p형 GaN 클래드층; 상기 p형 GaN 클래드층 각각의 상부면에 형성된 p-전극 영역; 상기 p-전극 영역에 이격되어 상기 n형 GaN 클래드층의 메사 영역 사이에 형성된 n-전극 영역; 상기 p-전극 영역의 일부와 상기 n-전극 영역의 일부에 걸쳐 형성되고 상기 p-전극 영역과 n-전극 영역을 절연시키는 제 1 패시베이션층; 및 상기 제 1 패시베이션층의 상부면에서 폐곡선 또는 라인 형태로 형성되고 상기 제 1 패시베이션층의 일부 영역을 관통하여 상기 n-전극 영역에 각각 전기적으로 연결된 전도성 연결 배선을 포함하는 발광 다이오드에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에서 상기 전도성 연결 배선에 이격하여 상기 p-전극 영역에서 각각 상기 제 1 패시베이션층과 함께 에칭되어 상기 p-전극 영역의 상부가 노출된 본딩 영역(C)을 형성한 제 2 패시베이션층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에서 상기 p-전극 영역은 상기 기판 상에서 순차적으로 오믹 접합과 광반사를 위해 고반사 금속 재질로 이루어진 p-금속층; 상기 p-금속층을 덮는 베리어층; 및 상기 베리어층의 상부면에서 상기 본딩 영역으로 노출되는 본딩용 금속층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에서 상기 제 1 패시베이션층은 절연성 재질로 이루어지고, 상기 절연성 재질은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 및 폴리머로 구성된 군에서 조합된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에서 상기 n-전극 영역은 상기 p-전극 영역에 이격된 라인 형태의 영역 또는 일측면에 적어도 하나의 패드를 구비한 라인 형태의 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에서 상기 제 1 패시베이션층을 관통하는 일부 영역은 상기 n-전극 영역과 중첩하는 영역에 형성된 비아를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 제 1 패시베이션층의 비아를 따라 다수의 n-전극에 각각 전기적으로 연결되는 폐곡선 라인 형태로 구비된 전도성 연결 배선을 이용하여 균일한 전류 전달을 이루며, 이에 따라 발광을 위한 유효한 발광 면적을 향상시키는 발광 다이오드를 획득할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드의 구조를 도시한 투시 상면도이고, 도 3은 도 2의 발광 다이오드를 A-A'선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도이며, 도 4는 도 2의 발광 다이오드를 B-B'선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드는 사파이어 기판(100), 사파이어 기판(100) 상에 순차적으로 형성된 버퍼층(110), n형 GaN 클래드층(120), 다중 양자 우물(multi-quantum well) 구조의 활성층(130), p형 GaN 클래드층(140), p-전극(150), n-전극(160), 제 1 패시베이션층(170), 전도성 연결 배선(180) 및 제 2 패시베이션층(190)을 포함한다.

이러한 발광 다이오드에서 버퍼층(110) 상에 순차적으로 형성된 n형 GaN 클래드층(120), 활성층(130), p형 GaN 클래드층(140), p-전극(150)은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 MOCVD(Metal Organic Chemical vapor deposition) 등과 같은 공정기술을 이용하여 다수의 층으로 형성된 후, 에칭되어 메사(mesa) 구조로 다수 형성될 수 있다.

이때, p-전극(150)은 오믹 접합과 광반사를 위해 다양한 금속으로 이루어진 층구조로 형성될 수 있고, 예를 들어 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 p형 GaN 클래드층(140) 상에서 순차적으로 오믹 접합과 광반사를 위해 고반사 금속 재질의 p-금속층(151), 금속 재질의 층간 확산을 방지하기 위해 p-금속층(151)을 덮는 베리어층(152) 및 본딩 영역(C)으로 노출되는 본딩용 금속층(153)을 포함하여 형성될 수 있다.

n-전극(160)은 n형 GaN 클래드층(120), 활성층(130), p형 GaN 클래드 층(140), p-전극(150)의 메사 구조에 이격된 라인 형태, 메사 구조 사이에 라인 형태 또는 도 2에 도시된 바와 같이 일측면에 적어도 하나의 패드(161) 형태를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 패드(161)는 이격된 라인 형태의 전극과 접할 수 있는 영역에 적절히 형성될 수 있다.

또한, 선택적으로 발광 휘도를 향상시키기 위해서, p형 GaN 클래드층(140)의 상면에 p측 전극(150)을 형성하기 전에 투명 전극(도시하지 않음)을 형성할 수도 있다.

이와 같이 에칭되어 다수 형성된 n형 GaN 클래드층(120), 활성층(130), p형 GaN 클래드층(140), p-전극(150)의 메사 구조에 대해 전도성 연결 배선(180)의 절연을 위해 절연성 재질, 예를 들어 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 및 폴리머로 구성된 군에서 조합된 재질로 이루어진 제 1 패시베이션층(170)을 형성한다.

제 1 패시베이션층(170)은 전도성 연결 배선(180)의 절연을 위해 메사 구조를 덮는 형태로 형성되되, 도 3에 도시된 바와 같이 n-전극(160)의 일부를 덮어 n-전극(160)의 상부면 일부를 노출시키는 관통 영역, 예를 들어 비아(도시하지 않음)를 다수 형성한 형태로 구비되고, 도 4에 도시된 바와 같이 전도성 연결 배선(180)이 형성되지 않는 일부 영역에 대해서는 본딩을 위해 p-전극(150)의 본딩용 금속층(153)이 노출된 본딩 영역(C)을 형성하기 위해 에칭 또는 리프트 오프(lift off)의 공정을 수행할 수 있다.

이와 같은 제 1 패시베이션층(170) 상에서 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 패시베이션층(170)의 관통 영역, 예를 들어 비아를 따라 다수의 n-전극(160)에 각각 전기적으로 연결되고 금속 재질로 이루어진 폐곡선 라인 형태의 전도성 연결 배선(180)을 형성할 수 있다.

따라서, 비아와 같은 관통 영역과 전도성 연결 배선(180)을 통해 다수의 n-전극(160)이 공통 연결되어, 발광 다이오드의 동작시 공급되는 전류가 균일한 전류 흐름을 얻게 되어 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

전도성 연결 배선(180)과는 별도로, 전도성 연결 배선(180)이 형성된 제 1 패시베이션층(170) 이외 영역에 대해 제 2 패시베이션층(190)을 형성하고, p-전극(150)의 본딩용 금속층(153)이 노출된 본딩 영역(C)을 형성하기 위해 제 1 패시베이션층(170)과 제 2 패시베이션층(190)을 에칭 또는 리프트 오프하여 형성하며, 이와 같이 본딩 영역(C)이 구비된 발광 다이오드에 대해 예컨대 인쇄회로 기판 또는 리드 프레임 상에 다이본딩 공정에 의해 장착하거나, 기판(100)이 형성된 방향을 발광방향으로 하는 플립 칩(filp-chip) 형태로 플립-칩 본딩 기술을 이용하여 예를 들어, 서브 마운트 등에 장착할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드는 전도성 연결 배선(180)과 n형 GaN 클래드층(120), 활성층(130), p형 GaN 클래드층(140), p-전극(150)의 메사 구조를 절연시키는 제 1 패시베이션층(170)을 구비하고, 제 1 패시베이션층(170)의 관통 영역, 예컨대 비아를 따라 다수의 n-전극(160)에 각각 전기적으로 연결되는 폐곡선 라인 형태의 전도성 연결 배선(180)을 형성하여 균일한 전류 전달을 이루며, 이에 따라 발광을 위한 유효한 발광 면적을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드와 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 다이오드를 도 5와 도 6을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드의 구조를 도시한 투시 상면도이고 도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 다이오드의 구조를 도시한 투시 상면도로서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드의 하부 구조와 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 다이오드의 하부 구조는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드의 하부 구조와 유사하여 그 구체적인 설명은 생략한다.

도 5에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드는 사파이어 기판(도시하지 않음) 상의 버퍼층(도시하지 않음)에 대해 n형 GaN 클래드층(220), 다중 양자 우물 구조의 활성층(도시하지 않음), p형 GaN 클래드층(도시하지 않음), p-전극(250), 패드와 패드에서 연장된 라인 또는 라인 형태로 형성된 n-전극(260), 제 1 패시베이션층(270), 전도성 연결 배선(280) 및 제 2 패시베이션층(도시하지 않음)을 포함하여 구성된다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드는 p-전극(250)과 n-전극(260)의 일부 영역을 덮어 중첩하는 절연성 재질로 이루어진 제 1 패시베이션층(270)에 대해 n-전극(260)의 일부 영역을 노출시키는 관통 영역, 예를 들어 비아(261)에 금속 또는 전도성 페이스트 등의 전도성 재질을 충진하여 사각형의 폐곡선 형태로 형성된 전도성 연결 배선(280)을 구비한다.

또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드 구조와 동일하게, 제 1 패시베이션층(270) 이외의 영역에 제 2 패시베이션층(도시하지 않음)을 형성하고, p-전극(250)의 반사층이 노출된 본딩 영역(도시하지 않음)을 구비한다.

따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드는 n-전극(260)의 일부 영역을 노출시키는 비아(261)와 같은 제 1 패시베이션층(270)의 관통 영역을 충진하여 형성된 전도성 연결 배선(280)을 이용하여 균일한 전류 전달을 이루며, 발광을 위한 유효한 발광 면적을 향상시키는 간단한 구조를 얻을 수 있다.

이와는 별도로, 도 6에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 다이오드는 다수의 p-전극(350), 서로 대향하게 라인 형태로 형성된 다수의 n-전극(360) 및 각각의 p-전극(350)과 n-전극(360)의 일부 영역을 덮어 중첩하고 절연성 재질로 이루어진 제 1 패시베이션층(370)을 포함하고, 제 1 패시베이션층(370)이 n-전극(360)의 일부 영역을 노출시켜 형성된 관통 영역, 예를 들어 비아(361)를 구비하며 비아(361)에 금속 또는 전도성 페이스트 등의 전도성 재질을 충진하여 양측의 원형 패드에서 연장된 폐곡선 형태로 형성된 전도성 연결 배선(380)을 구비한다.

물론, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 다이오드는 제 1 패시베이션층(370) 이외의 영역에 제 2 패시베이션층(도시하지 않음)을 형성하고, p-전극(350)의 본딩용 금속층이 노출된 본딩 영역(도시하지 않음)을 구비할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 다이오드는 넓은 영역에 걸쳐 라인 형태로 형성된 다수의 n-전극(360)에 대해 전도성 연결 배선(380)을 통해 균일한 전류 전달을 이루어, 발광을 위한 유효한 발광 면적을 향상시키는 구조를 얻을 수 있다.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으 나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.

또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 발광다이오드의 상면도 및 측단면도.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드의 구조를 도시한 투시 상면도.

도 3은 도 2의 발광 다이오드를 A-A'선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도.

도 4는 도 2의 발광 다이오드를 B-B'선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드의 구조를 도시한 투시 상면도.

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 다이오드의 구조를 도시한 투시 상면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 기판 110: 버퍼층

120,220,320: n형 GaN 클래드층 130: 활성층

140: p형 GaN 클래드층 150,250,350: p-전극

160,260,360: n-전극 170,270,370: 제 1 패시베이션층

180,280,380: 전도성 연결 배선 190: 제 2 패시베이션층

Claims (7)

1. 기판에 형성된 버퍼층;

   상기 버퍼층 상에 다수의 메사 영역을 가지는 n형 GaN 클래드층;

   상기 n형 GaN 클래드층의 메사 영역 각각의 상부면에 순차적으로 형성된 활성층과 p형 GaN 클래드층;

   상기 p형 GaN 클래드층 각각의 상부면에 형성된 p-전극 영역;

   상기 p-전극 영역에 이격되어 상기 n형 GaN 클래드층의 메사 영역 사이에 형성된 라인 형태의 복수의 n-전극을 포함하는 n-전극 영역;

   상기 p-전극 영역의 일부와 상기 n-전극 영역의 일부에 걸쳐 형성되고 상기 p-전극 영역과 n-전극 영역을 절연시키는 제 1 패시베이션층; 및

   상기 제 1 패시베이션층의 상부면에서 상기 n-전극 영역과 일부 영역이 교차되는 폐곡선 또는 라인 형태로 형성되고 상기 제 1 패시베이션층의 일부 영역을 관통하여 상기 n-전극 영역에 각각 전기적으로 연결된 전도성 연결 배선

   을 포함하는 발광 다이오드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전도성 연결 배선에 이격하여 상기 p-전극 영역에서 각각 상기 제 1 패시베이션층과 함께 에칭되어 상기 p-전극 영역의 상부가 노출된 본딩 영역(C)을 형성한 제 2 패시베이션층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 p-전극 영역은

   상기 기판 상에서 순차적으로 오믹 접합과 광반사를 위해 고반사 금속 재질로 이루어진 p-금속층;

   상기 p-금속층을 덮는 베리어층; 및

   상기 베리어층의 상부면에서 본딩 영역으로 노출되는 본딩용 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 패시베이션층은 절연성 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 절연성 재질은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 및 폴리머로 구성된 군에서 조합된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 n-전극 영역은

   일측면에 적어도 하나의 패드를 구비한 라인 형태의 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 패시베이션층을 관통하는 일부 영역은 상기 n-전극 영역과 중첩하는 영역에 형성된 비아를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.

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