KR102275441B1 - Vertical type light emitting diode die and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
수직형 발광 다이오드 다이 및 이를 제작하는 방법이 개시된다. 성장 기판이 제공되고, 성장 기판 상에 에피택시얼 층이 형성된다. 에피택시얼 층에는 금속 조합된 기판이 연결된다. 그 후, 성장 기판은 제거된다. 전극 유닛들이 에피택시얼 층의 최상면에 형성된다. 에피택시얼 층은 복수의 전극 유닛들의 수에 따라 에피택시얼 다이들로 나누어진다. 앞서 언급된 방식으로 형성되는 각각의 수직형 발광 다이오드 다이는 제 1 금속 층 및 제 2 금속 층들을 갖는 금속 조합된 기판을 포함한다. 제 1 금속 층은 커팅, 진공 가열, 및 연마에 의해 2 개의 제 2 금속 층들과 조합되어, 금속 조합된 기판이 고 열전도 계수, 저 열팽창 계수, 및 초기 투자율을 가질 수 있게 한다.A vertical light emitting diode die and a method of fabricating the same are disclosed. A growth substrate is provided, and an epitaxial layer is formed on the growth substrate. A metal-bonded substrate is connected to the epitaxial layer. After that, the growth substrate is removed. Electrode units are formed on the top surface of the epitaxial layer. The epitaxial layer is divided into epitaxial dies according to the number of a plurality of electrode units. Each vertical light emitting diode die formed in the aforementioned manner includes a metal combined substrate having a first metal layer and a second metal layer. The first metal layer is combined with the two second metal layers by cutting, vacuum heating, and polishing, so that the metal combined substrate can have a high thermal conductivity coefficient, a low thermal expansion coefficient, and an initial permeability.
Description
본 발명은 발광 다이오드 다이 및 이를 제작하는 방법에 관한 것으로, 특히 고 열전도 계수, 저 열팽창 계수 및 초기 투자율(initial magnetic permeability)을 갖는 수직형 발광 다이오드 다이, 및 이를 제작하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode die and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a vertical light emitting diode die having a high thermal conductivity, a low coefficient of thermal expansion and initial magnetic permeability, and a method of manufacturing the same.
광원으로서 사용되는 발광 다이오드(LED)들은 반도체 기술을 이용하여 제작되고, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체들에 의해 형성된다. LED는 전자들이 반도체에서 홀(hole)들과 결합되어 광자들을 생성한다는 사실에 기초하여 작동한다. LED는 전자 빔을 여기(excite)시키기 위해 높은 전압을 이용하는 형광등 및 수천 도의 높은 온도에서 동작하는 종래의 백열 전구와 상이하다. 일반적인 소자처럼, LED는 2 내지 4 V의 전압을 필요로 하며, 표준 온도에서 동작한다. 따라서, LED의 수명은 종래 광원의 수명보다 길다.Light emitting diodes (LEDs) used as light sources are manufactured using semiconductor technology, and are formed by group III-V compound semiconductors. LEDs work based on the fact that electrons combine with holes in a semiconductor to create photons. LEDs differ from fluorescent lamps that use high voltages to excite electron beams and conventional incandescent bulbs that operate at high temperatures of thousands of degrees. Like typical devices, LEDs require a voltage of 2 to 4 V and operate at standard temperatures. Therefore, the lifetime of the LED is longer than that of the conventional light source.
LED들은 수평 구조 및 수직 구조로 나누어진다. 수평 LED의 2 개의 전극은 LED 칩의 동일한 측에 배치된다. 수직 LED의 2 개의 전극은 각각 LED의 에피택시얼 층(epitaxial layer)의 두 측에 배치된다. 수평 LED에 비해, 수직 LED는 높은 휘도, 빠른 냉각, 작은 발광 감퇴(luminous decay), 및 높은 안정성의 장점들을 갖는다. 구조, 광전 파라미터, 열 특성, 발광 감퇴, 및 비용과 상관없이, 수직 LED의 열 방산 효과가 수평 LED보다 훨씬 더 우수하다. 수직 LED의 우수한 방열성으로 인해, 칩에 의해 발생되는 열이 제때에 방산되어, 칩 및 인광체(phosphor)의 성능 감쇠를 최소화한다. 따라서, LED가 높은 휘도, 빠른 냉각, 작은 발광 감퇴, 및 광색(light color)의 작은 드리프트(drift)를 특징으로 하며, 더 신뢰할 수 있는 안정성을 제공한다.LEDs are divided into a horizontal structure and a vertical structure. The two electrodes of the horizontal LED are placed on the same side of the LED chip. The two electrodes of the vertical LED are respectively disposed on two sides of the epitaxial layer of the LED. Compared to the horizontal LED, the vertical LED has advantages of high brightness, fast cooling, small luminous decay, and high stability. Regardless of structure, photoelectric parameters, thermal characteristics, luminescence decay, and cost, the heat dissipation effect of vertical LEDs is much better than that of horizontal LEDs. Due to the superior heat dissipation properties of vertical LEDs, the heat generated by the chip is dissipated in time, minimizing performance degradation of the chip and phosphor. Therefore, the LED is characterized by high brightness, fast cooling, small luminescence decay, and small drift of light color, providing more reliable stability.
하지만, LED들은 많은 분야에 폭넓게 적용된다. 예를 들어, LED들은 스마트 폰에 적용된다. 스마트 폰이 과열되는 경우, 그 안에 설치된 LED 칩도 영향을 받는다. 현상들은 다이가 위치되는 LED 칩의 기판에 영향을 준다. LED 칩의 기판은 스마트 폰 또는 다른 디바이스들에 연결된다. 기판이 높은 열팽창 계수를 갖는 경우, 기판은 온도의 변동으로 인해 쉽게 변형되어, LED 칩의 조명 효율(lighting efficiency)에 영향을 미친다.However, LEDs are widely applied in many fields. For example, LEDs are applied to smart phones. If a smartphone overheats, the LED chip installed in it is also affected. The phenomena affect the substrate of the LED chip on which the die is placed. The substrate of the LED chip is connected to a smart phone or other devices. When the substrate has a high coefficient of thermal expansion, the substrate is easily deformed due to temperature fluctuations, affecting the lighting efficiency of the LED chip.
따라서, 본 발명은 앞서 언급된 문제들을 해결하기 위해 수직형 발광 다이오드 다이 및 이를 제작하는 방법을 제공하며, 이에 의해 고 열전도 계수, 저 열팽창 계수, 초기 투자율 및 낮은 비용을 갖는 기판이 생성된다.Accordingly, the present invention provides a vertical light emitting diode die and a method for manufacturing the same in order to solve the above-mentioned problems, whereby a substrate having a high coefficient of thermal conductivity, a low coefficient of thermal expansion, initial permeability and low cost is produced.
본 발명의 주 목적은 수직형 발광 다이오드 다이 및 이를 제작하는 방법을 제공하는 것이며, 이는 LED들을 제작하는 공정에 더 적절한 금속 조합된 기판(metallic combined substrate)을 제공한다. 금속 조합된 기판의 와이어 본딩의 생산 수율은 실리콘 기판보다 높다. 금속 조합된 기판의 제작 비용은 일반적인 금속 기판보다 낮다. 금속 조합된 기판은 고 열전도 계수 및 저 열팽창 계수를 갖고, 이는 LED를 제작하는 공정과 크게 매칭되며, 이에 의해 설치된 LED가 온도의 변동으로 인해 변형되고 기판에 영향을 주기보다는 높은 조명 효율을 안정되게 유지한다.It is a primary object of the present invention to provide a vertical light emitting diode die and a method for fabricating the same, which provides a metallic combined substrate more suitable for the process of fabricating LEDs. The production yield of wire bonding of metal bonded substrates is higher than that of silicon substrates. The fabrication cost of metal-bonded substrates is lower than that of conventional metal substrates. The metal-combined substrate has a high thermal conductivity coefficient and a low thermal expansion coefficient, which is highly matched with the process of manufacturing LEDs, whereby the installed LEDs are deformed due to temperature fluctuations and stably achieve high lighting efficiency rather than affecting the substrate. keep
본 발명의 또 다른 목적은 수직형 발광 다이오드 다이 및 이를 제작하는 방법을 제공하는 것이며, 고 열전도 계수 및 저 열팽창 계수 이외에, 금속 조합된 기판은 초기 투자율을 가져, LED 다이가 미세 전류(micro current)를 전달하고 전압원에 연결되지 않고도 전기 및 빛을 발생시키게 한다.Another object of the present invention is to provide a vertical light emitting diode die and a method for fabricating the same, in addition to a high thermal conductivity coefficient and a low thermal expansion coefficient, the metal-combined substrate has an initial magnetic permeability, so that the LED die can generate a micro current transmits electricity and generates electricity and light without being connected to a voltage source.
본 발명의 또 다른 목적은 수직형 발광 다이오드 다이 및 이를 제작하는 방법을 제공하는 것이며, 초기 투자율을 갖는 금속 조합된 기판은 마이크로 LED들의 대량 이송(mass transfer)의 문제를 극복하여 제작 공정 시 LED들을 대규모로 수송하거나 이송할 수 있다.Another object of the present invention is to provide a vertical light emitting diode die and a method of manufacturing the same, and a metal-combined substrate having an initial magnetic permeability overcomes the problem of mass transfer of micro LEDs, thereby producing LEDs during the manufacturing process. It can be transported or transported on a large scale.
본 발명의 또 다른 목적은 수직형 발광 다이오드 다이 및 이를 제작하는 방법을 제공하는 것이며, 수직형 발광 다이오드 다이의 열-방산 효율은 수평형 발광 다이오드 다이보다 높다. 수직형 발광 다이오드 다이를 패키징한 후, 더 높은 조명 효율을 갖는 LED 모듈이 제공된다.Another object of the present invention is to provide a vertical light emitting diode die and a method for fabricating the same, and the heat-dissipation efficiency of the vertical light emitting diode die is higher than that of a horizontal light emitting diode die. After packaging the vertical light emitting diode die, an LED module with higher lighting efficiency is provided.
앞서 언급된 목적들을 달성하기 위해, 본 발명은 수직형 발광 다이오드 다이를 제공하며, 이는 제 1 금속 층 및 제 1 금속 층의 최상면 및 저면에 각각 형성된 2 개의 제 2 금속 층들을 포함하는 금속 조합된 기판 -제 1 금속 층은 커팅, 진공 가열, 및 연마에 의해 2 개의 제 2 금속 층들과 조합되어, 금속 조합된 기판이 고 열전도 계수, 저 열팽창 계수, 및 초기 투자율을 가질 수 있게 함- ; 및 금속 조합된 기판 상에 형성되는 에피택시얼 전극 층을 포함한다.In order to achieve the above-mentioned objects, the present invention provides a vertical light emitting diode die comprising a metal combined metal layer comprising a first metal layer and two second metal layers respectively formed on top and bottom surfaces of the first metal layer. a substrate, wherein the first metal layer is combined with the two second metal layers by cutting, vacuum heating, and polishing, such that the metal combined substrate can have a high thermal conductivity, low thermal expansion coefficient, and initial permeability; and an epitaxial electrode layer formed on the metal-bonded substrate.
또한, 본 발명은 수직형 발광 다이오드 다이를 제작하는 방법을 제공하며, 이는: 성장 기판(growth substrate)을 제공하고 성장 기판 상에 에피택시얼 층을 형성하는 단계; 커팅, 진공 가열, 및 연마에 의해 형성되는 금속 조합된 기판을 제공하는 단계; 금속 조합된 기판 상에 연결 금속 층(connecting metal layer)을 형성하고 연결 금속 층을 통해 에피택시얼 층에 금속 조합된 기판을 연결하는 단계; 성장 기판을 제거하는 단계; 에피택시얼 층의 최상면에 복수의 전극 유닛들을 형성하는 단계; 및 복수의 전극 유닛들의 수에 따라 에피택시얼 층을 금속 조합된 기판 상의 복수의 에피택시얼 다이들로 나누는 단계를 포함한다.The present invention also provides a method of fabricating a vertical light emitting diode die, comprising: providing a growth substrate and forming an epitaxial layer on the growth substrate; providing a metal-bonded substrate formed by cutting, vacuum heating, and polishing; forming a connecting metal layer on the metal-bonded substrate and connecting the metal-bonded substrate to the epitaxial layer through the connecting metal layer; removing the growth substrate; forming a plurality of electrode units on an uppermost surface of the epitaxial layer; and dividing the epitaxial layer into a plurality of epitaxial dies on the metal combined substrate according to the number of the plurality of electrode units.
본 발명의 일 실시예에서, 에피택시얼 전극 층은 금속 조합된 기판 상에 형성되는 연결 금속 층; 및 연결 금속 층 상에 형성되는 적어도 하나의 에피택시얼 다이를 더 포함하고, 적어도 하나의 에피택시얼 다이에는 전극 유닛이 제공된다.In one embodiment of the present invention, the epitaxial electrode layer comprises a connecting metal layer formed on a metal-combined substrate; and at least one epitaxial die formed on the connecting metal layer, wherein the at least one epitaxial die is provided with an electrode unit.
본 발명의 일 실시예에서, 제 1 금속 층은 니켈 및 철의 합금을 포함하고, 제 2 금속 층은 구리를 포함한다.In one embodiment of the present invention, the first metal layer comprises an alloy of nickel and iron and the second metal layer comprises copper.
본 발명의 일 실시예에서, 금속 조합된 기판의 제 2 금속 층 대 제 1 금속 층 대 제 2 금속 층의 두께 비는 1 : 2.5 내지 3.5 : 1이다.In one embodiment of the present invention, the thickness ratio of the second metal layer to the first metal layer to the second metal layer of the metal-bonded substrate is from 1:2.5 to 3.5:1.
본 발명의 일 실시예에서, 금속 조합된 기판의 두께는 200 ㎛와 같거나 이보다 얇다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the metal-bonded substrate is less than or equal to 200 μm.
본 발명의 일 실시예에서, 커팅은 레이저 커팅이고, 연마는 화학적 기계적 연마 또는 구리 연마이다.In one embodiment of the present invention, the cutting is laser cutting and the polishing is chemical mechanical polishing or copper polishing.
본 발명의 일 실시예에서, 금속 조합된 기판은 초기 투자율을 이용하여 미세 전류를 발생시키고 미세 전류를 에피택시얼 전극 층에 전달한다.In one embodiment of the present invention, the metal-bonded substrate generates a micro-current using the initial permeability and transfers the micro-current to the epitaxial electrode layer.
본 발명의 일 실시예에서, 에피택시얼 층을 복수의 에피택시얼 다이들로 나누는 단계 후, 연결 금속 층 및 금속 조합된 기판은 복수의 에피택시얼 다이들의 수에 따라 나누어지고, 복수의 에피택시얼 다이들, 연결 금속 층 및 금속 조합된 기판에서 와이어 본딩 및 패키징 공정들이 수행되어 발광 다이오드들을 형성한다.In an embodiment of the present invention, after dividing the epitaxial layer into a plurality of epitaxial dies, the connecting metal layer and the metal combined substrate are divided according to the number of the plurality of epitaxial dies, and the plurality of epitaxial dies Wire bonding and packaging processes are performed on the taxial dies, the connecting metal layer and the metal combined substrate to form the light emitting diodes.
본 발명의 일 실시예에서, 발광 다이오드는 전압원에 연결하지 않고 전기 및 빛을 발생시킨다.In one embodiment of the present invention, the light emitting diode generates electricity and light without being connected to a voltage source.
본 발명의 일 실시예에서, 성장 기판은 화학 용액 또는 레이저를 이용하여 제거된다.In one embodiment of the present invention, the growth substrate is removed using a chemical solution or laser.
아래에서, 본 발명의 기술 내용, 특성 및 성과를 쉽게 이해하기 위해, 실시예들이 도면과 함께 상세히 설명된다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following, embodiments are described in detail with drawings in order to easily understand the technical content, characteristics and achievements of the present invention.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직형 발광 다이오드 다이를 나타내는 다이어그램;
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직형 발광 다이오드 다이를 제작하는 방법을 나타내는 흐름도;
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직형 발광 다이오드 다이를 제작하는 단계들을 개략적으로 나타내는 다이어그램들; 및
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직형 발광 다이오드 다이를 나타내는 다이어그램이다.1 is a diagram showing a vertical light emitting diode die according to a first embodiment of the present invention;
Fig. 2 is a flow chart showing a method of fabricating a vertical light emitting diode die according to a first embodiment of the present invention;
3A to 3F are diagrams schematically illustrating steps for fabricating a vertical light emitting diode die according to a first embodiment of the present invention; and
4 is a diagram illustrating a vertical light emitting diode die according to a second embodiment of the present invention.
LED들의 조명 효율을 안정 및 향상시키고 수직형 LED에 적용하기 위해, 본 발명은 다이 및 이를 제작하는 방법을 개선하여 이러한 다이 하에 기판의 열팽창 계수를 변화시키고, 기판의 열전도 계수를 증가시킨다. 따라서, 나중에 더 높은 온도에서 기판의 변형이 LED의 조명 효율에 영향을 미치지 않는다. 기판의 특수한 재료 때문에, 본 발명의 구조는 전압원을 연결하지 않고 전기 및 빛을 발생시킬 수 있다.In order to stabilize and improve the lighting efficiency of LEDs and apply to vertical LEDs, the present invention improves a die and a method of manufacturing the same to change the coefficient of thermal expansion of the substrate under such a die, and increase the coefficient of thermal conductivity of the substrate. Therefore, later deformation of the substrate at higher temperatures does not affect the lighting efficiency of the LED. Because of the special material of the substrate, the structure of the present invention can generate electricity and light without connecting a voltage source.
도 1을 참조한다. 수직형 발광 다이오드 다이(10)는 금속 조합된 기판(12) 및 에피택시얼 전극 층(13)을 포함한다. 에피택시얼 전극 층(13)은 연결 금속 층(14), 적어도 하나의 에피택시얼 다이(16) 및 적어도 하나의 전극 유닛(18)을 포함한다. 실시예에서는, 예시로서 하나의 에피택시얼 다이(16)를 취한다. 연결 금속 층(14)은 금속 조합된 기판(12) 상에 형성된다. 에피택시얼 다이(16)는 연결 금속 층(14) 상에 형성된다. 전극 유닛(18)은 에피택시얼 다이(16) 상에 형성된다.See FIG. 1 . A vertical light emitting diode die 10 includes a metal bonded
앞서 언급된 단락으로부터 계속해서, 금속 조합된 기판(12)은 제 1 금속 층(122) 및 2 개의 제 2 금속 층들(124)을 포함한다. 제 2 금속 층들(124)은 제 1 금속 층(122)의 최상면 및 저면에 형성된다. 제 1 금속 층(122)은 니켈 및 철의 합금을 포함하고, 합금에 대한 니켈의 비는 36%이다. 제 2 금속 층(124)은 구리를 포함한다. 제 1 금속 층(122) 대 제 2 금속 층(124)의 두께 비는 2.5 내지 3.5 : 1이다. 다시 말하면, 제 2 금속 층(124) 대 제 1 금속 층(122) 대 제 2 금속 층(124)의 두께 비는 1 : 2.5 내지 3.5 : 1이다. 본 발명은 제 1 금속 층(122) 대 제 2 금속 층(124)의 두께 비가 3 : 1이라는 사실을 예시한다. 예를 들어, 제 1 금속 층(122)의 가장 좋은 두께는 60 ㎛이고, 제 2 금속 층(124)의 가장 좋은 두께는 20 ㎛이지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 금속 조합된 기판(12)의 두께는 200 ㎛이거나 이보다 얇다.Continuing from the preceding paragraph, the metal combined
또한, 연결 금속 층(14)은 접촉 층(contact layer: 142), 반사 층(144) 및 전류 분포 층(146)을 포함한다. 접촉 층(142)은 금속 조합된 기판(12) 상에 형성된다. 반사 층(144)은 접촉 층(142) 상에 형성된다. 전류 분포 층(146)은 반사 층(144) 상에 형성된다. 반사 층(144)에는 그 위에 에피택시얼 다이(16)가 제공된다. 실시예에서, 접촉 층(14)은 P-타입 접촉부이고, 반사 층(144)은 반사기로서 사용되며, 전류 분포 층(146)은 P-타입 GaP 층이다.The connecting
앞서 언급된 바와 같이, 에피택시얼 다이(16)는 제 1 AlGaInP 층(162), 다중-양자 우물(multi-quantum wells: MQWs) 층(164), 제 2 AlGaInP 층(166), 및 GaAs 층(168)을 더 포함한다. 제 1 AlGaInP 층(162)은 전류 분포 층(146) 상에 형성된다. MQWs 층(164)은 제 1 AlGaInP 층(162) 상에 형성된다. 제 2 AlGaInP 층(166)은 MQWs 층(164) 상에 형성된다. GaAs 층(168)은 제 2 AlGaInP 층(166) 상에 형성된다. GaAs 층(168)에는 그 위에 전극 유닛(18)이 제공된다. 실시예에서, 제 1 AlGaInP 층(162)은 P-타입 AlGaInP 층이고, 제 2 AlGaInP 층(166)은 N-타입 AlGaInP 층이며, GaAs 층(168)은 N-타입 GaAs 층이다.As previously mentioned, the epitaxial die 16 includes a
본 발명의 구조를 설명한 후에, 본 발명의 수직형 발광 다이오드 다이를 제작하는 방법은 다음과 같이 상세히 설명된다. 도 2 및 도 3a 내지 도 3f를 참조한다. 우선, 단계 S10 및 도 3a에서, 성장 기판(20)이 제공되고, 성장 기판(20) 상에 에피택시얼 층(22)이 형성되며, 에피택시얼 층(22)에는 그 위에 연결 금속 층(14)이 제공된다. 연결 금속 층(14)은 아래에서 위로 전류 분포 층(146), 반사 층(144), 및 접촉 층(142)을 포함한다. 실시예에서, 성장 기판(20)은 GaAs 기판이다. 단계 S12 및 도 3b에서, 금속 조합된 기판(12)이 제공되고, 금속 조합된 기판(12)은, 금속 조합된 기판(12)이 제 1 금속 층(122) 및 제 1 금속 층(122)의 최상면 및 저면에 각각 형성된 2 개의 제 2 금속 층들(124)을 포함하도록 레이저 커팅, 진공 가열, 및 연마에 의해 형성된다. 실시예에서, 연마는 반도체 제작 공정을 위한 화학적 기계적 연마(CMP)이다. 대안적으로는, 사용자가 구리 연마를 선택한다. CMP 또는 구리 연마에 상관없이, 제 2 금속 층(124)의 구리 표면은 0.5 내지 0.01 ㎛의 표면 거칠기를 갖도록 연마되어, 구리 표면이 연결 표면으로서 사용되도록 한다. 레이저 커팅은 UV-레이저 방사선(266 nm)을 사용한다. 진공 가열은 100 내지 250 torr 하에 150 내지 250 ℃에서 10 내지 30 분 동안 수행된다. 결과로서, 금속 조합된 기판(12)의 응력은 제거되고, 금속 조합된 기판(12)은 200 ㎛보다 얇은 두께를 갖는 평탄한 금속판으로 형성된다. 단계 S14 및 도 3c에서, 금속 조합된 기판(12)은 에피택시얼 층(22)에 연결된다. 본 발명의 범위는 금속 조합된 기판(12)이 에피택시얼 층(22)에 연결되는 연결 방식에 제한되어서는 안 된다. 단계 S16에서, 성장 기판(20)은 금속 조합된 기판(12)이 에피택시얼 층(22)에 연결된 후에 화학 용액에 의해 제거된다. 성장 기판(20)이 없는 구조가 도 3d에 도시되어 있다. 실시예에서, 화학 용액은 NH4OH 및 H2O2의 혼합 용액이다. 화학 용액 이외에, 레이저 커팅이 대안적으로 사용되며, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 단계 S18 및 도 3e에서, 어닐링에 의해 에피택시얼 층(22)의 최상면 상에 복수의 전극 유닛들(18)이 형성된다. Au 및 Ge의 합금이 360 도의 온도에서 어닐링에 의해 Au와 혼합되어 전극 유닛들(18)을 형성하며, Au 및 Ge의 합금 대 Au의 양(amount)의 비는 2 : 3이다. 도 3e는 단면 다이어그램이기 때문에, 본 발명은 설명을 위한 일 예시로서 단지 2 개의 전극 층들(18)만을 취한다. 본 발명은 전극 층들(18)의 수를 제한하지 않는다. 전극 층들(18)의 수는 요건들에 따라 적응할 수 있다. 복수의 전극 층들(18)이 사용될 수 있다. 단계 S20 및 도 3f에서, 에피택시얼 층은 복수의 전극 유닛들(18)의 수에 따라 나누어져, 에피택시얼 다이(16)가 각각의 연결 금속 층(14) 상에 형성되도록 한다. 에피택시얼 다이(16)는 제 1 AlGaInP 층(162), 다중-양자 우물(MQWs) 층(164), 제 2 AlGaInP 층(166), 및 GaAs 층(168)을 포함한다. 저부 금속 조합된 기판(12)은 제 1 금속 층(122) 및 제 2 금속 층들(124)을 포함한다. 도 3f도 단면 다이어그램이기 때문에, 본 발명은 설명을 위한 일 예시로서 단지 2 개의 에피택시얼 다이들(16)만을 취하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 에피택시얼 층(22)은 전극 유닛들(18)의 수에 따라 에피택시얼 다이들(16)로 나누어질 수 있다. 2 개의 에피택시얼 다이들(16) 및 그 위의 2 개의 전극 유닛들이 한 그룹을 형성한다. 에피택시얼 층(22)은 화학적 에칭 또는 레이저 커팅에 의해 에피택시얼 다이들(16)로 나누어질 수 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.After explaining the structure of the present invention, the method of manufacturing the vertical light emitting diode die of the present invention is described in detail as follows. Reference is made to Figures 2 and 3A-3F. First, in step S10 and FIG. 3A , a
앞서 언급된 방법에 의해 제작되는 수직형 발광 다이오드 다이에서, 금속 조합된 기판은 종래의 실리콘 기판과 상이하다. 금속 조합된 기판의 와이어 본딩의 생산 수율은 실리콘 기판보다 높다. 금속 조합된 기판의 제작 비용은 Mo, 및 Cu 및 W의 합금, 또는 이의 합금으로 만들어지는 일반적인 금속 기판보다 낮다. 본 발명의 금속 조합된 기판은 스택(stack)된 혼합 금속 층 및 2 개의 금속 층들을 포함한다. 따라서, 금속 조합된 기판은 일반적인 금속 기판과 상이하다. 본 발명의 금속 조합된 기판은 20 ℃에서 5 내지 7 ppm/K, 바람직하게는 6.1 ppm/K의 열팽창 계수를 갖는다. 본 발명의 금속 조합된 기판은 고 열전도 계수를 갖는다. 금속 조합된 기판은 수직 방향에서 20 내지 40 W/mK의 열전도 계수를 갖고, 수평 방향에서 170 내지 280 W/mK의 열전도 계수를 갖는다. 금속 조합된 기판은, 금속 조합된 기판이 에피택시얼 층과 상당히 매칭하도록 연결 층을 통해 에피택시얼 층에 연결된다. 금속 조합된 기판은 충분히 얇다. 시닝(thinning) 공정을 필요로 하지 않고, 금속 조합된 기판은 저 열팽창 계수, 고 열전도 계수, 저 비용, 및 고 수율을 지닐 뿐만 아니라, 에피택시얼 층에 쉽게 연결된다. 또한, 금속 조합된 기판은 연자기 특성(soft magnetic property)의 초기 투자율을 갖고, 초기 투자율은 2000보다 크다. 따라서, 금속 조합된 기판은 초기 투자율을 이용하여, 미세 전류를 발생시키고 미세 전류를 에피택시얼 전극 층에 전달한다. 수직형 발광 다이오드를 LED 모듈로 조립한 후에, LED 모듈은 전압원에 연결되지 않고 전기 및 빛을 발생시켜 고전력 LED들에 대한 요건을 만족시킨다. 그뿐만 아니라, 금속 조합된 기판은 그 연자기 특성으로 인해 퍼미언스(permeance) 구조로서 사용되며, 생산 공정에 효과적으로 적용된다. 각각의 발광 다이오드 다이가 매우 작은 부피를 갖기 때문에, 발광 다이오드는 수동으로 유지하기가 어렵다. 발광 다이오드가 기계에 의해 유지되더라도, 기계는 매우 정밀하여야 한다. 상당한 수의 발광 다이오드 다이들을 수송하는 것은 매우 어렵다. 하지만, 작은 니들 헤드(tiny needle head)와 같은 자기 구성요소가 장차 로봇 암에 설치될 것이다. 이에 따라, 로봇 암은 연자기 특성들을 갖는 상당한 수의 수직형 발광 다이오드 다이들을 흡수할 수 있다. 제작 공정에서, 자기력은 대량 이송의 목적을 달성하는 데 사용되어, 생산에 대한 경쟁력을 개선하고 마이크로 LED들의 대량 이송의 문제를 극복한다.In the vertical light emitting diode die fabricated by the aforementioned method, the metal combined substrate is different from the conventional silicon substrate. The production yield of wire bonding of metal bonded substrates is higher than that of silicon substrates. The manufacturing cost of the metal combined substrate is lower than that of a general metal substrate made of Mo, and an alloy of Cu and W, or an alloy thereof. The metal combined substrate of the present invention comprises a stacked mixed metal layer and two metal layers. Thus, the metal combined substrate is different from the general metal substrate. The metal-bonded substrate of the present invention has a coefficient of thermal expansion of 5 to 7 ppm/K, preferably 6.1 ppm/K at 20°C. The metal combined substrate of the present invention has a high thermal conductivity coefficient. The metal combined substrate has a thermal conductivity coefficient of 20 to 40 W/mK in the vertical direction and a thermal conductivity coefficient of 170 to 280 W/mK in the horizontal direction. The metal-bonded substrate is connected to the epitaxial layer through the connecting layer such that the metal-bonded substrate matches the epitaxial layer substantially. The metal combined substrate is thin enough. Without the need for a thinning process, the metal combined substrate has a low coefficient of thermal expansion, high thermal conductivity, low cost, and high yield, as well as being easily connected to the epitaxial layer. Further, the metal-combined substrate has an initial permeability of soft magnetic properties, and the initial permeability is greater than 2000. Thus, the metal-combined substrate uses the initial permeability to generate a micro-current and transfer the micro-current to the epitaxial electrode layer. After assembling a vertical light emitting diode into an LED module, the LED module generates electricity and light without being connected to a voltage source to satisfy the requirements for high-power LEDs. In addition, the metal-combined substrate is used as a permeance structure due to its soft magnetic properties, and is effectively applied in the production process. Since each light emitting diode die has a very small volume, the light emitting diodes are difficult to maintain manually. Although the light emitting diode is held by the machine, the machine must be very precise. It is very difficult to transport a significant number of light emitting diode dies. However, magnetic components, such as tiny needle heads, may be installed in robotic arms in the future. Accordingly, the robot arm can absorb a significant number of vertical light emitting diode dies with soft magnetic properties. In the manufacturing process, magnetic force is used to achieve the purpose of mass transfer, improving the competitiveness for production and overcoming the problem of mass transfer of micro LEDs.
또한, 에피택시얼 층을 복수의 에피택시얼 다이들로 나눈 후, 연결 금속 층 및 금속 조합된 기판이 복수의 에피택시얼 다이들의 수에 따라 나누어진다. 하나의 에피택시얼 다이 및 하나의 전극 유닛이 하나의 그룹을 형성한다. 복수의 에피택시얼 다이들, 연결 금속 층, 및 금속 조합된 기판에서 와이어 본딩 및 패키징 공정들이 수행되어, 수직형 발광 다이오드들을 형성한다. 본 발명은 후속 제작 공정 및 그 구조체들, 및 구조체들의 수를 제한하지 않는다. 앞서 언급된 실시예는 커팅 공정 후 하나의 그룹을 나타내지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 대안적으로, 복수의 그룹들이 형성된다. 수직형 발광 다이오드 다이들은 복수의 그룹들을 포함하고, 이들은 각각 2 개의 에피택시얼 다이들 및 2 개의 전극 유닛들을 갖는다. 그룹들의 수는 사용자의 요건에 따라 적응할 수 있다. 여하한의 환경에서, 본 발명의 수직형 발광 다이오드 다이의 품질은 저 열팽창 계수를 갖는 본 발명의 금속 조합된 기판으로 인해 종래의 수직 발광 다이오드 다이보다 우수하다. 금속 조합된 기판은 온도의 변동 때문에 변형되지 않는다. 본 발명은 발광 다이오드들의 높은 조명 효율을 안정되게 유지할 수 있다.Further, after dividing the epitaxial layer into a plurality of epitaxial dies, the connecting metal layer and the metal combined substrate are divided according to the number of the plurality of epitaxial dies. One epitaxial die and one electrode unit form one group. Wire bonding and packaging processes are performed on a plurality of epitaxial dies, a connecting metal layer, and a metal combined substrate to form vertical light emitting diodes. The present invention does not limit the subsequent fabrication process and its structures, and the number of structures. Although the examples mentioned above represent one group after the cutting process, the present invention is not limited thereto. Alternatively, a plurality of groups are formed. The vertical light emitting diode dies include a plurality of groups, each having two epitaxial dies and two electrode units. The number of groups can be adapted according to the requirements of the user. In any circumstance, the quality of the vertical light emitting diode die of the present invention is superior to that of conventional vertical light emitting diode dies due to the metal combined substrate of the present invention having a low coefficient of thermal expansion. Metal bonded substrates do not deform due to temperature fluctuations. The present invention can stably maintain high lighting efficiency of light emitting diodes.
본 발명은 에피택시얼 전극 층의 구조를 제한하지 않는다. 발광 다이오드 다이를 커팅하는 방식에 따라, 연결 금속 층 상의 에피택시얼 다이들의 수는 1 개, 2 개 또는 그 이상이다. 결과로서, 본 발명은 도 4에 나타낸 바와 같은 듀얼(dual) 에피택시얼 구조를 제공한다. 수직형 발광 다이오드 다이(30)는 금속 조합된 기판(32) 및 에피택시얼 전극 층(33)을 포함한다. 에피택시얼 전극 층(33)은 연결 금속 층(34), 2 개의 에피택시얼 다이들(36), 및 2 개의 전극 유닛들(38)을 포함한다. 연결 금속 층(34)은 금속 조합된 기판(32) 상에 형성되고, 2 개의 에피택시얼 다이들(36)은 연결 금속 층(34) 상에 형성되며, 2 개의 전극 유닛들(38)은 각각 2 개의 에피택시얼 다이들(36) 상에 형성된다. 금속 조합된 기판(32)은 제 1 금속 층(322) 및 2 개의 제 2 금속 층들(324)을 포함한다. 2 개의 제 2 금속 층들(324)은 각각 제 1 금속 층(322)의 최상면 및 저면에 형성된다. 연결 금속 층(34)은 아래에서 위로 접촉 층(342), 반사 층(344), 및 전류 분포 층(346)을 포함한다. 접촉 층(342)은 금속 조합된 기판(32) 상에 형성된다. 반사 층(344)에는 그 위에 2 개의 에피택시얼 다이들(36)이 제공된다. 각각의 에피택시얼 다이(36)는 제 1 AlGaInP 층(362), 다중-양자 우물(MQWs) 층(364), 제 2 AlGaInP 층(366), 및 GaAs 층(368)을 포함한다. 제 1 AlGaInP 층(362)은 전류 분포 층(346) 상에 형성된다. GaAs 층(368)에는 그 위에 전극 유닛(38)이 제공된다. 이 실시예의 구조적 내용 및 제작 방법은 앞서 언급된 실시예와 동일하다. 이 실시예는, 도 4에 나타낸 이 실시예의 수직형 발광 다이오드 다이(30)가 2 개의 에피택시얼 다이(36)의 그룹으로 나누어지고, 수직형 발광 다이오드 다이(30)가 위에서 아래로 연결 금속 층(34)까지 커팅된다는 점에서 앞서 언급된 실시예와 상이하다.The present invention does not limit the structure of the epitaxial electrode layer. Depending on the way the light emitting diode die is cut, the number of epitaxial dies on the connecting metal layer is one, two or more. As a result, the present invention provides a dual epitaxial structure as shown in FIG. The vertical light emitting diode die 30 includes a metal bonded
앞서 설명된 실시예들은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 그러므로, 본 발명에 의해 개시된 형상, 구조, 특징 또는 기술사상에 따른 여하한의 균등한 수정 또는 변형도 본 발명의 범위 내에 포함되어야 한다.The above-described embodiments are merely illustrative of the present invention and do not limit the scope of the present invention. Therefore, any equivalent modification or variation according to the shape, structure, feature or technical idea disclosed by the present invention should be included within the scope of the present invention.
Claims (16)
제 1 금속 층, 및 상기 제 1 금속 층의 최상면 및 저면에 각각 형성된 2 개의 제 2 금속 층들을 포함하는 금속 조합된 기판(metallic combined substrate) -상기 제 1 금속 층은 커팅, 진공 가열, 및 연마에 의해 상기 2 개의 제 2 금속 층들과 조합되어, 상기 금속 조합된 기판이 고 열전도 계수, 저 열팽창 계수, 및 초기 투자율(initial magnetic permeability)을 가질 수 있게 함- ; 및
상기 금속 조합된 기판 상에 형성되는 에피택시얼 전극 층(epitaxial electrode layer)
을 포함하고,
상기 제 1 금속 층은 니켈 및 철의 합금을 포함하고, 상기 합금에 대한 니켈의 비는 36%이고,
상기 제 2 금속 층은 구리를 포함하는 수직형 발광 다이오드 다이.A vertical light emitting diode die comprising:
A metallic combined substrate comprising a first metal layer and two second metal layers respectively formed on top and bottom surfaces of the first metal layer, the first metal layer being cut, vacuum heated, and polished combined with the two second metal layers to enable the metal combined substrate to have a high coefficient of thermal conductivity, a low coefficient of thermal expansion, and an initial magnetic permeability; and
An epitaxial electrode layer formed on the metal-bonded substrate
including,
the first metal layer comprises an alloy of nickel and iron, wherein the ratio of nickel to the alloy is 36%;
wherein the second metal layer comprises copper.
상기 에피택시얼 전극 층은:
상기 금속 조합된 기판 상에 형성되는 연결 금속 층(connecting metal layer); 및
상기 연결 금속 층 상에 형성되는 적어도 하나의 에피택시얼 다이
를 더 포함하고,
상기 적어도 하나의 에피택시얼 다이에는 전극 유닛이 제공되는 수직형 발광 다이오드 다이.The method of claim 1,
The epitaxial electrode layer comprises:
a connecting metal layer formed on the metal-bonded substrate; and
at least one epitaxial die formed on the connecting metal layer
further comprising,
A vertical light emitting diode die provided with an electrode unit in the at least one epitaxial die.
상기 금속 조합된 기판의 제 2 금속 층 대 제 1 금속 층 대 제 2 금속 층의 두께 비는 1 : 2.5 내지 3.5 : 1인 수직형 발광 다이오드 다이.The method of claim 1,
wherein a thickness ratio of the second metal layer to the first metal layer to the second metal layer of the metal-bonded substrate is from 1:2.5 to 3.5:1.
상기 금속 조합된 기판의 두께는 200 ㎛보다 얇거나 같은 수직형 발광 다이오드 다이.The method of claim 1,
wherein the thickness of the metal-bonded substrate is less than or equal to 200 μm.
상기 커팅은 레이저 커팅이고, 상기 연마는 화학적 기계적 연마 또는 구리 연마인 수직형 발광 다이오드 다이.The method of claim 1,
wherein the cutting is laser cutting, and the polishing is chemical mechanical polishing or copper polishing.
상기 금속 조합된 기판은 상기 초기 투자율을 이용하여 미세 전류(micro current)를 발생시키고 상기 미세 전류를 상기 에피택시얼 전극 층에 전달하는 수직형 발광 다이오드 다이.The method of claim 1,
The metal-combined substrate generates a micro current using the initial permeability and transmits the micro current to the epitaxial electrode layer.
성장 기판(growth substrate)을 제공하고, 상기 성장 기판 상에 에피택시얼 층을 형성하는 단계;
커팅, 진공 가열, 및 연마에 의해 형성되는 금속 조합된 기판을 제공하는 단계;
상기 금속 조합된 기판 상에 연결 금속 층을 형성하고, 상기 연결 금속 층을 통해 상기 에피택시얼 층에 상기 금속 조합된 기판을 연결하는 단계;
상기 성장 기판을 제거하는 단계;
상기 에피택시얼 층의 최상면에 복수의 전극 유닛들을 형성하는 단계; 및
상기 복수의 전극 유닛들의 수에 따라 상기 에피택시얼 층을 상기 금속 조합된 기판 상의 복수의 에피택시얼 다이들로 나누는 단계
를 포함하고,
상기 금속 조합된 기판은:
제 1 금속 층; 및
상기 제 1 금속 층의 최상면 및 저면에 각각 형성된 2 개의 제 2 금속 층들
을 더 포함하고,
상기 제 1 금속 층은 니켈 및 철의 합금을 포함하고, 상기 합금에 대한 니켈의 비는 36%이고,
상기 제 2 금속 층은 구리를 포함하는 방법.A method of fabricating a vertical light emitting diode die, comprising:
providing a growth substrate, and forming an epitaxial layer on the growth substrate;
providing a metal-bonded substrate formed by cutting, vacuum heating, and polishing;
forming a connecting metal layer on the metal-bonded substrate and connecting the metal-bonded substrate to the epitaxial layer through the connecting metal layer;
removing the growth substrate;
forming a plurality of electrode units on an uppermost surface of the epitaxial layer; and
dividing the epitaxial layer into a plurality of epitaxial dies on the metal combined substrate according to the number of the plurality of electrode units;
including,
The metal-combined substrate comprises:
a first metal layer; and
two second metal layers respectively formed on the top and bottom surfaces of the first metal layer
further comprising,
the first metal layer comprises an alloy of nickel and iron, wherein the ratio of nickel to the alloy is 36%;
wherein the second metal layer comprises copper.
상기 에피택시얼 층을 상기 복수의 에피택시얼 다이들로 나누는 단계 후, 상기 연결 금속 층 및 상기 금속 조합된 기판은 상기 복수의 에피택시얼 다이들의 수에 따라 나누어지고, 상기 복수의 에피택시얼 다이들, 상기 연결 금속 층 및 상기 금속 조합된 기판에서 와이어 본딩 및 패키징 공정들이 수행되어 발광 다이오드들을 형성하는 방법.9. The method of claim 8,
After dividing the epitaxial layer into the plurality of epitaxial dies, the connecting metal layer and the metal combined substrate are divided according to the number of the plurality of epitaxial dies, the plurality of epitaxial dies Wire bonding and packaging processes are performed on dies, the connecting metal layer and the metal combined substrate to form light emitting diodes.
상기 발광 다이오드는 전압원에 연결하지 않고 전기 및 빛을 발생시키는 방법.10. The method of claim 9,
The light emitting diode generates electricity and light without being connected to a voltage source.
상기 금속 조합된 기판은 고 열전도 계수, 저 열팽창 계수, 및 초기 투자율을 갖는 방법.9. The method of claim 8,
wherein the metal-bonded substrate has a high coefficient of thermal conductivity, a low coefficient of thermal expansion, and an initial permeability.
상기 금속 조합된 기판의 제 2 금속 층 대 제 1 금속 층 대 제 2 금속 층의 두께 비는 1 : 2.5 내지 3.5 : 1인 방법.9. The method of claim 8,
wherein a thickness ratio of the second metal layer to the first metal layer to the second metal layer of the metal-bonded substrate is from 1:2.5 to 3.5:1.
상기 금속 조합된 기판의 두께는 200 ㎛보다 얇거나 같은 방법.9. The method of claim 8,
and the thickness of the metal-bonded substrate is less than or equal to 200 μm.
상기 성장 기판은 화학 용액 또는 레이저를 이용하여 제거되는 방법.9. The method of claim 8,
The growth substrate is removed using a chemical solution or laser.
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