KR20060035463A - 발광 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

발광 다이오드(LED)와 그 제조방법이 개시된다. 본 발명은 LED가 투명 열-전도 접착제, 반사층, 및 캐리어 등을 포함하고, 여기에서 투명 열-전도 접착제는 에피텍셜 구조와 LED의 캐리어를 접착시키는데 사용되고, 반사층은 에피텍셜 구조에 의해 방출된 광을 더 효율적으로 반사되게 하고, 캐리어는 LED의 열 분산 효과를 강화하기 위하여 사용한다. 더욱이, 투명 열-전도 접착제와 반사층은 접착 및 반사 기능을 동시에 갖는 하나의 단일 접착성 반사층으로 대체할 수 있다.

Description

발광 다이오드 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD OF MAKING THE SAME}

도 1은 종래의 니트라이드 LED의 단면을 도시하는 도면.

도 2는 종래의 니트라이드 LED의 패키징을 도시하는 도면.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 LED의 단면을 도시하는 도면.

도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED의 단면을 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED의 단면을 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED의 단면을 도시하는 도면.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED의 단면을 도시하는 도면.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10,110: 기판 20: 결정핵 생성층

30,130: 제 1 극성의 반도체층 40,140: 다중 양자 우물구조

50,150: 제 2 극성의 반도체층 60,160,162: 제 1 극성의 전극

62,72 : 용접 와이어 70,170: 제 2 극성의 전극

80: LED 90: 금속 컵

92: 베이스 94: 우드 글루

180: 열-전도 접착제 190: 반사층

210: 접착성 반사층

본 발명은 발광 다이오드(LED : light emitting diode) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열-분산 효과를 강화시킬 수 있는 캐리어를 갖는 LED와 그 제조방법에 관한 것이다.

최근에, GaN, AlGaN, InGaN, 및 AlInGaN 등과 같은 갈륨 니트라이드를 주성분으로 한 반도체를 사용하는 발광 디바이스에 상당한 관심이 집중되었다. 주로, 상술한 형태의 대부분의 발광 디바이스는 사파이어, GaN, AlN 등과 같은 전기적으로 절연되는 기판 상에서 성장되는데, 이는 전도성 기판을 사용하는 다른 발광 디바이스와는 다르다. 사파이어 기판이 절연체이기 때문에, 전극은 기판 상에 직접 형성될 수 없고, 사파이어 기판 상에 형성되는 발광 디바이스의 제조를 완성하기 위해서, P형 반도체 층 및 N형 반도체 층에 개별적으로 직접 접촉해야 한다.

종래의 니트라이드 LED의 단면을 도시하는 도 1을 참조하면, 도 1에 도시된 LED(80)는 다음의 단계를 통해 형성될 수 있다. 먼저, 결정핵 생성층(20)이 기판(10)위에 형성되는데, 여기에서 기판(10)의 재질은 사파이어, GaN, AlN 등이다. 그 후, 제 1 극성의 반도체 층(30), 다중 양자 우물(multi quantum well) 구조(40), 및 제 2 극성의 반도체 층(50)이 순차적으로 결정핵 생성층(20) 위에 에피텍셜 성장된다. 그 후, 상술한 에피텍셜 층은 에칭되어, 제 1 극성의 반도체 층(30)의 일 부를 노출시킨다. 그 후, 제 1 극성의 전극(60)과 제 2 극성의 전극(70)이 열 증착, e-빔 증착 또는 스퍼터링 등을 통해 제 1 극성의 반도체 층(30)의 노출된 부분과 제 2 극성의 반도체 층(50)에 각각 증착된다.

상술한 기판(10)은 사파이어, GaN, AlN 등과 같은 재질로 이루어질 수 있다. 사파이어의 열-전도도는 약 35-40 W/(m·K)이고, 이는 LED(80)가 광을 방출할 때 생성하는 열에 대해 열악한 전도 효과를 초래할 것이고, 하나의 단일 칩의 열 저항을 너무 크게 하여, 높은 전류 응용에 대해 열악한 발광 효율을 초래한다.

종래의 니트라이드 LED의 패키지를 도시하는 도 2를 참조하자. 도 2에 도시된 바와 같이, 용접 와이어(62)와 용접 와이어(72)는 LED(80)의 제 1 극성의 전극(60)과 제 2 극성의 전극(70)에 각각 연결되어, LED(80)를 외부 전원 또는 다른 요소에 전기적으로 연결하게 된다. LED 칩이 패키지되어 고정될 때, 광 투과 우드 글루(wood glue)(94)가 LED(80)를 금속 컵(90) 안에 접착시키기 위하여 항상 사용되고, 금속 컵(90)은 사파이어 등과 같은 재질로 이루어진 기판(10)이 광 투과성이기 때문에, 베이스(92)에 연결되어, 광이 아래에서 금속 컵(90)에 의해 반사될 수 있게 하고, 이에 의해 발광 효과를 상승시킨다. 그러나, 일반적인 우드 글루(94)의 열-전도도는 여전히 좋지 않다. 더욱이, 우드 글루(94)가 실버 페이스트(silver paste)로 대체될 때, 실버 페이스트 또는 땜납이 광을 흡수할 수 있기 때문에, LED(80)의 용도가 제한된다.

더욱이, 사파이어 재질의 경도는 매우 높기 때문에, 컷팅과 같은 관련 공정이 용이하게 수행될 수 없다. 게다가, 사파이어는 절연체이기 때문에, LED의 동일 측 상에 전극을 배치하는 것이 필요하여, LED의 설계가 발광 면적이 점유되는 문제점에 직면하게 하고, 동시에 상술한 문제점은 후속 시험 및 패키징을 위해 편리하지 않다.

상술한 AlInGaN LED에 대한 종래의 해결책 중 하나는 플립 칩(flip chip) 방법이지만, 이러한 방법에서의 반사층과 플립 칩 등과 같은 공정은 다소의 어려움을 갖는다.

결과적으로, 장래의 LED는 더 밝은 휘도를 필요로 하는 응용 시장을 향해 개발될 것이기 때문에, 단일 LED의 동작 전류와 전력은 현재의 것보다는 수 배에서 수 백 배의 범위가 될 것이다. 동시에, LED에 의해 생성된 광을 어떻게 적용시키고 후속적으로 생성된 열을 어떻게 효과적으로 해결할 지는 매우 중요하고 무시할 수 없는 문제가 될 것이다.

결과적으로, 본 발명의 목적은 기판의 두께가 얇아지고, 심지어 완전히 제거되어, LED의 열 저항을 상당히 감소시키는 LED와 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 에피텍셜 구조 아래의 캐리어가 에피텍셜 구조에 의해 생성된 열을 제거하여 LED의 열 저항을 현저하게 줄이는 LED 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 캐리어 위의 반사층이 에피텍셜 구조에 의해 방출된 광을 반사시킬 수 있는 LED 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 캐리어가 전도체일 때에 LED의 두 전극이 에피텍 셜 구조의 상부 표면과 캐리어의 하부 표면상에 각각 배치되어, 전극의 광-차단 영역을 감소시킬 수 있는 LED 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 상술한 목적에 따라, 본 발명은 LED를 제공하는데, 상기 LED는, LED에 의해 생성된 열을 전달하기 위해 사용되는 것으로, 그 위에 반사층이 형성되는 캐리어와, 투명 열-전도 접착제(glue)에 의해 상기 캐리어 상에 배치되는 에픽텍셜 구조를 포함하고, 에피텍셜 구조는 복수의 III족 - V족 화합물 반도체 에피텍셜 층을 포함하며, LED에 전류가 흐를 때 광이 발생한다.

본 발명의 상술한 목적에 따라, 본 발명은 다른 LED를 제공하는데, 상기 다른 LED는, LED에 의해 생성된 열을 전달하기 위하여 사용되는 캐리어와, 캐리어 위에 위치한 접착성 반사층과, 접착성 반사층 위에 배치된 에피텍셜 구조를 포함하고, 에피텍셜 구조는 복수의 III족 - V족 화합물 반도체 에피텍셜 층을 포함하며, LED에 전류가 흐를 때 광이 발생한다.

본 발명의 상술한 목적에 따라, 본 발명은 LED 제조 방법을 제공하는데, 상기 방법은, LED에 의해 생성된 열을 전달하기 위하여 사용되는 캐리어를 제공하는 단계와, 복수의 III족 - V족 화합물 반도체 에피텍셜 층을 포함하는 에피텍셜 구조를 제공하는 단계로서, LED에 전류가 흐를 때 광이 생성되는 에피텍셜 구조의 제공단계와, 캐리어와 에피텍셜 구조를 접착시키기 위하여 접착성 반사층을 사용하는 단계를 포함한다. 더욱이, 상기 접착성 반사층은 반사층과 투명 열-전도 접착제를 더 포함하는데, 상기 반사층은 상기 캐리어 위에 놓이고, 상기 투명 열-전도 접착제는 상기 캐리어와 상기 에피텍셜 구조를 접착시키기 위하여 사용된다.

본 발명의 상술한 특성 및 많은 장점은 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 참조하여 보다 쉽게 이해될 것이고, 보다 더 양호하게 이해될 것이다.

본 발명은 열 분산 효과를 강화시킬 수 있는 캐리어를 구비하는 LED와 이러한 LED의 제조 방법에 관한 것으로, 이러한 LED는 AlInGaN 등과 같은 III족 - V족 화합물로 이루어진 복수의 반도체 에피텍셜 층을 포함한다. 본 발명의 일실시예에 따른 LED의 단면을 도시하는 도 3a를 참조하자. 도 3a에 도시된 LED는 다음의 공정을 통해 형성될 수 있다. 먼저, 기판(110)이 제공되는데, 기판(110)은 사파이어, GaN, 또는 AlN 등과 같은 재질로 이루어질 수 있다. 그 후, 제 1 극성의 반도체 층(130), 다중 양자 우물구조(140), 및 제 2 극성의 반도체 층(150)이 결정핵 생성층(20) 위에서 순차적으로 에피텍셜 성장된다. 그 후, 상술한 에피텍셜 구조가 에칭되어, 제 1 극성의 반도체 층(130)의 일부를 노출시킨다. 그 후, 제 1 극성의 전극(160)과 제 2 극성의 전극(170)이 열 증착, e-빔 증착 또는 스퍼터링 등에 의해 제 1 극성의 반도체 층(130)의 노출 부분과 제 2 극성의 반도체 층(150) 위에 각각 증착된다. 본 발명에서 언급하는 제 1 극성 및 제 2 극성의 두 극성은 상호 반대되는 극성이다. 예컨대, 제 2 극성은 N형인, 반면 제 1 극성은 P형이거나, 제 2 극성이 P형인 경우 제 1 극성은 N형이다.

이 후, 기판(110)은 폴리싱(polishing) 또는 에칭되어, 기판(110)의 두께를 줄여 약 10 μm - 50 μm 로 또는 심지어 더 얇게 한다. 그 후, 캐리어(200)가 제공되는데, 캐리어(200)는 구리, 은, 알루미늄, 금 등(화합물 포함)과 같은 높은 열 -전도도를 갖는 금속 재질, 또는 실리콘, GaN, AlN, 다이아몬드, 또는 SiC 등(화합물 포함)과 같은 다른 비금속 재질로 주로 이루어진다. 더욱이, 반사층(190)은 캐리어(200) 상에 형성되는데, 이러한 반사층(190)은, 은, 금, 또는 알루미늄 등과 같은 높은 반사도를 갖는 재질로 이루어져, 위에 놓인 에피텍셜 구조에 의해 방출된 광을 반사층(190)에 의해 보다 효과적으로 반사되게 한다. 그 후, 열-전도 접착제(180)가 반사층(190)을 갖는 캐리어(200)상에서 상술한 에피텍셜 구조와 기판(110)을 접착시키기 위하여 사용되는데, 상기 열-전도 접착제(180)는 실리콘 접착제 또는 에폭시 등과 같은 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 LED의 상술한 구조 및 공정의 사용을 통해, 열 저항이 현저하게 감소될 수 있는데, 왜냐하면 기판(110)의 두께가 얇아지기 때문이다. 더욱이, 기판(110) 아래에서 접착되고 열을 잘 전달 할 수 있는 캐리어(200)는 열이 보다 신속하게 분산되게 하여, 다중 양자 우물구조(140)에서 생성된 열을 신속하게 감소시킨다. 더욱이, 후속 패키징에서의 접착과 캐리어(200) 아래에서의 칩 고정을 수행하기 위하여, 우드 글루에 부가하여, 실버 페이스트, 인듐, 또는 주석 등과 같은 땜납이 사용될 수 있어서, 이러한 종류의 LED가 보다 더 폭 넓게 사용될 수 있게 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 LED의 단면을 도시하는 도 3b를 참조하자. 도 3b와 도 3a의 차이점은 도 3a에 도시된 투명 열-전도 접착제(180)와 반사층(190)이 도 3b에 도시된 바와 같이 접착과 반사 기능을 동시에 갖는 하나의 단일 접착성 반사층(210)으로 대체될 수 있는 점이어서, 보다 더 폭넓은 영역에서 사용될 수 있 다. 접착성 반사층(210)은 금속과 같은 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED의 단면을 도시하는 도 4를 참조하자. 도 4와 도 3a의 차이점은, 본 발명에서 폴리싱, 에칭, 또는 제거를 통해 기판이 완전히 제거되었기 때문에, 도 4에서는 도 3a에 도시된 기판(110)이 없다는 점이다. 결과적으로, 본 발명의 LED의 열저항은 더 줄어들 수 있고, 따라서 발광 효율이 높아질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED의 단면을 도시하는 도 5를 참조하자. 도 5와 도 4의 차이점은 도 4에 도시된 투명 열-전도 접착제(180)와 반사층(190)이 도 5에 도시된 바와 같이 접착 및 반사 기능을 동시에 갖는 하나의 단일 접착성 반사층(210)으로 대체될 수 있어서, 보다 폭 넓은 영역에서 사용된다는 점인데, 여기에서 상기 접착성 반사층(210)은 금속과 같은 재질로 이루어질 수 있다.

도 3a 내지 도 5에 도시된 상술한 실시예에 있어서, 캐리어(200)는 높은 열-전도도를 갖는 전도체 또는 높은 열-전도도를 갖는 절연체가 될 수 있다. 만약 캐리어(200)가 높은 열-전도도를 갖는 도체라면, 본 발명은 도 6에 도시된 또 다른 실시예처럼 추가로 변경될 수 있다. 도 6에 있어서, 캐리어(220)는 도체이고, 따라서 LED의 두 전극은 에피텍셜 구조의 상부 표면 위와 캐리어의 하부 표면 위에 각각 배치될 수 있다. 즉, LED의 제 1 극성의 전극(162)은 캐리어(220)의 하부 표면 상에 위치되고, 제 2 극성의 전극(170)은 에피텍셜 구조의 상부 표면 위에 위치되어 전극의 광 차단 영역을 줄인다.

요약하면, 본 발명의 장점은 기판의 두께가 얇아지고 심지어 제거되어 LED의 열 저항을 현저하게 줄이는 LED 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 장점은, 에피텍셜 구조 아래의 캐리어가 에피텍셜 구조에 의해 생성된 열을 제거하여 LED의 열 저항을 현저하게 줄이는 LED 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 장점은, 캐리어 위의 반사층이 에피텍셜 구조에 의해 방출된 광을 반사시킬 수 있는 LED 및 그 제조방법을 제공한다는 것이다.

본 발명의 또 다른 장점은, LED의 두 전극이, 캐리어가 도체일 때, 에피텍셜 구조의 상부 표면과 캐리어의 하부 표면에 각각 배치될 수 있어, 전극의 광 차단 영역을 감소시키는 LED 및 그 제조방법을 제공한다는 것이다.

당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 본 발명의 상술한 바람직한 실시예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 단지 예시일 뿐이다. 첨부된 청구범위의 사상과 범주 내에 포함되는 다양한 변형과 유사한 장치를 포함하려는 의도로서, 이러한 범주는 이러한 모든 변형과 유사한 구조를 포함하는 것으로 넓게 해석해야 한다.

Claims (20)

1. 발광 다이오드(LED)로서,

   상기 LED에 의해 생성된 열을 전달하기 위해 사용되는 것으로, 그 위에 반사층이 형성되는 캐리어와,

   투명 열-전도 접착제(glue)에 의해 상기 캐리어 상에 배치되는 에픽텍셜 구조를 포함하고, 상기 에피텍셜 구조는 복수의 III족 - V족 화합물 반도체 에피텍셜 층을 포함하며, 상기 LED에 전류가 흐를 때 광이 발생하는 발광 다이오드.
2. 제 1항에 있어서, 상기 캐리어의 재질은 구리, 은, 알루미늄 및 금으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 발광 다이오드.
3. 제 1항에 있어서, 상기 캐리어의 재질은 실리콘, GaN, AlN, 다이아몬드, 및 SiC로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 발광 다이오드.
4. 제 1항에 있어서, 상기 반사층의 재질은 은, 금 및 알루미늄으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 발광 다이오드.
5. 제 1항에 있어서, 상기 에피텍셜 구조와 상기 투명 열-전도 접착제 사이에 위치한 기판을 더 포함하는 발광 다이오드.
6. 제 5항에 있어서, 상기 기판의 두께는 50 μm 이하인 발광 다이오드.
7. 발광 다이오드로서,

   상기 발광 다이오드에 의해 생성된 열을 전달하기 위하여 사용되는 캐리어와,

   상기 캐리어 위에 위치한 접착성 반사층과,

   상기 접착성 반사층 위에 배치된 에피텍셜 구조를 포함하고, 상기 에피텍셜 구조는 복수의 III족 - V족 화합물 반도체 에피텍셜 층을 포함하며, 상기 발광 다이오드에 전류가 흐를 때 광이 발생하는 발광 다이오드.
8. 제 7항에 있어서, 상기 접착성 반사층은 금속으로 이루어지는 발광 다이오드.
9. 제 7항에 있어서, 상기 캐리어의 재질은 구리, 은, 알루미늄 및 금으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 발광 다이오드.
10. 제 7항에 있어서, 상기 캐리어의 재질은 실리콘, GaN, AlN, 다이아몬드, 및 SiC로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 발광 다이오드.
11. 제 7항에 있어서, 상기 에피텍셜 구조와 상기 접착성 반사층 사이에 위치한 기판을 더 포함하는 발광 다이오드.
12. 제 11항에 있어서, 상기 기판의 두께는 50 μm 이하인 발광 다이오드.
13. 발광 다이오드를 제조하는 방법으로서,

    상기 발광 다이오드에 의해 생성된 열을 전달하기 위하여 사용되는 캐리어를 제공하는 단계와,

    복수의 III족 - V족 화합물 반도체 에피텍셜 층을 포함하는 에피텍셜 구조를 제공하는 단계로서, 상기 발광 다이오드에 전류가 흐를 때 광이 생성되는 에피텍셜 구조의 제공 단계와,

    상기 캐리어와 상기 에피텍셜 구조를 접착시키기 위하여 접착성 반사층을 사용하는 단계를 포함하는 발광 다이오드를 제조하는 방법.
14. 제 13항에 있어서, 에피텍셜 구조를 제공하는 단계는 기판을 제공하는 단계를 더 포함하되, 상기 기판 두께의 일부는 폴리싱 또는 에칭되고, 상기 에피텍셜 구조는 상기 기판위에 놓이며, 이 후 상기 기판은 상기 에피텍셜 구조와 상기 접착성 반사층 사이에 위치하는 발광 다이오드를 제조하는 방법.
15. 제 14항에 있어서, 상기 기판의 두께는 50 μm 이하인 발광 다이오드를 제조 하는 방법.
16. 제 13항에 있어서, 상기 캐리어의 재질은 실리콘, GaN, AlN, 다이아몬드, 및 SiC로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 발광 다이오드를 제조하는 방법.
17. 제 13항에 있어서, 상기 캐리어의 재질은 구리, 은, 알루미늄 및 금으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 발광 다이오드를 제조하는 방법.
18. 제 13항에 있어서, 상기 접착성 반사층은 금속으로 이루어지는 발광 다이오드를 제조하는 방법.
19. 제 13항에 있어서, 상기 접착성 반사층은 반사층과 투명 열-전도 접착제를 포함하고, 상기 반사층은 상기 캐리어 위에 위치되며, 상기 투명 열-전도 접착제는 상기 캐리어와 상기 에피텍셜 구조를 접착시키기 위하여 사용되는 발광 다이오드를 제조하는 방법.
20. 제 19항에 있어서, 상기 반사층의 재질은, 은, 금 및 알루미늄으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 발광 다이오드를 제조하는 방법.

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