KR20060049302A - 발광 다이오드 - Google Patents
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Abstract
발광 다이오드(LED)는 발광층을 기판에 부착하기 위하여 접착층을 이용한다. 상기 발광 다이오드는 전극과 발광 다이오드 사이의 접착력을 향상시키기 위해 전극 버퍼층을 더 구비하여 발광 다이오드의 수율을 개선한다.
Description
도 1은 종래의 발광 다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 2는 SEM을 이용하여 촬영한 종래의 발광 다이오드의 제1 표면의 전자 현미경 사진이다.
도 3은 종래의 발광 다이오드에 있어서 인듐 주석 옥사이드가 상기 제1 반응층과 접하는 제2 표면을 SEM을 이용하여 촬영한 전자 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10：기판 11：접착층
12：도전층 13：발광 스택
14：전극 버퍼층 15：제1 전극
16：제2 전극 27：제2 도전층
28：제3 도전층
본 발명은 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼(wafer) 본딩 형태의 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)들은 광학 디스플레이, 교통 신호등, 데이터 저장 장치, 통신 기기, 조명 기기, 의료 기기 등의 광범위한 응용 분야에 적용되고 있다. 어떻게 발광 다이오드의 수율을 향상시킬 것인가가 발광 다이오드 제조 공정에서 중요한 문제이다.
미합중국 공개 특허 제2005/0077544에는 발광 다이오드에 대해 개시하고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 발광 다이오드의 발광 스택(light emitting stack)(13)이 접착층(111)을 통해 기판(10)에 접착되어 있다. 상기 발광 다이오드는 발광 스택(13)과 접착층(111) 사이에 투명 도전층(transparent conductive layer)(121)을 포함한다. 상기 투명 도전층(121)의 일부는 식각 공정에 의해 노출되며, 상기 투명 도전층(121)의 노출 부분에 전극(151)이 형성된다.
상술한 발광 다이오드의 제조 공정에 있어서, 상기 투명 도전층(121)의 재료는 인듐 주석 옥사이드 또는 카드뮴 주석 옥사이드 등으로부터 선택할 수 있다. 인듐 주석 옥사이드는 발광 스택(130의 표면에 기상 증착(vapour deposition)에 의해 증착되어 투명 도전층(121)을 형성한다. 이어서, 제1 반응층(reactive layer)(101)이 증착되고 반사층(141)이 기판(10)에 증착된다. 제2 반응층(102)은 반사층(141) 상에 증착되고 투명 도전층(121)은 접착층(111)을 통해 기판(10)에 증착된 제2 반사층(102)에 부착된 발광 스택(13)에 증착된다. 발광 스택(13)의 일부분은 식각 공 정에 의해 제거되어 투명 도전층(121)이 발광 스택(13)에 접촉되는 제1 표면을 노출시킨다. 상기 제1 표면에는 인듐 주석 옥사이드가 증착된다.
도 2는 SEM을 이용하여 촬영한 종래의 발광 다이오드의 제1 표면의 전자 현미경 사진이다. 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 제1 표면은 평탄하다.
도 3은 종래의 발광 다이오드에 있어서 인듐 주석 옥사이드가 상기 제1 반응층과 접하는 제2 표면을 SEM을 이용하여 촬영한 전자 현미경 사진이다. 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 제2 표면은 거칠다.
상기 제1 표면에는 전극이 접촉된다. 그러나, 상기 제1 표면이 평탄할수록 상기 전극과 상기 제1 표면 사이의 접착력은 충분하지 않다. 상기 전극은 상기 제1 표면으로부터 쉽게 벗겨질 수 있고, 그 결과 상기 발광 다이오드의 낮은 수율의 원인이 된다.
또한, 상기 전극과 상기 접착층 사이의 두께가 충분하지 않아 상기 접착층은 이후 와이어 본딩 공정 중에 발생하는 스트레스로 인하여 손상을 입을 수 있다. 이에 따라, 상기 발광 다이오드의 수율이 저하된다.
따라서, 본 발명의 목적은 와이어 본딩 공정 중에 전극이 투명 도전층으로부터 벗겨지는 문제를 해결하기 위해 전극 버퍼층(electrode buffer layer)을 사용하는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 기판, 접착층, 도전층, 발광 스택, 전극 버퍼층, 제1 전극 그리고 제2 전극을 포함한다. 상기 접착층은 상기 기판 상에 배치된다. 상기 도전층은 상기 접착층 상에 배치된다. 상기 도전층은 상부 표면과 하부 표면을 가지며, 상기 상부 표면과 상기 기판 사이의 거리는 상기 하부 표면과 상기 기판 사이의 거리보다 크다. 상기 상부 표면은 제1 표면 영역, 제2 표면 영역 그리고 제3 표면 영역을 포함한다. 상기 발광 스택은 상기 제1 표면 영역 상에 배치된다. 상기 전극 버퍼층은 상기 제2 표면 영역 상에 배치된다. 상기 제1 전극은 상기 전극 버퍼층 상에 배치되며, 상기 도전층 방향을 향해 아래쪽으로 확장되고 상기 도전층의 제3 표면 영역에 접촉된다. 상기 제2 전극은 상기 발광 스택 상에 배치된다. 상기 제1 전극과 상기 전극 버퍼층 사이의 접착력은 우수하며, 상기 전극과 상기 도전층 사이의 접촉도 양호하다. 상기 제1 전극으로부터 전류가 상기 도전층으로 흐르면, 상기 도전층의 우수한 캐리어 이동성으로 상기 제1 전극, 상기 발광 스택 및 상기 제2 전극과의 전기적 연결이 발생한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 기판은 Si, GaAs, SiC, 사파이어, 유리, 석영, GaP 및 금속으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 접착층은 폴리이미드(polyimide; PI), 벤조사이클로부탄(benzocyclobutane; BCB), 프리플루오로사이클로부탄(prefluorocyclobutane; PFCB) 및 금속으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 도전층은 인듐 주석 옥사이드, 카드뮴 주석 옥사이드, 안티몬 주석 옥사이드, 아연 옥사이드, 아연 주석 옥사이드, 금속 및 반도체 물질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 발광 스택은 제1 반도체 스택, 발광층 및 제2 반도체 스택을 포함한다. 상기 발광층은 상기 제1 반도체 스택 상에 배치되고, 상기 제2 반도체 스택은 상기 발광층 상에 배치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 전극 버퍼층은 반도체 스택을 포함한다. 상기 반도체 스택은 AlInP, AlGaInP, GaP, GaN, AlGaN, InGaN 및 AlInGaN으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질인 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 전극 버퍼층은 폴리머 물질을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 전극은 Cr/Au, Ni/Au, Cr/Al, Ti/Al 및 Ti/Au로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 전극은 Cr/Au, Ni/Au, Cr/Al, Ti/Al 및 Ti/Au로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 발광 다이오드는 상기 전극 버퍼층과 상기 전극 사이에 배치된 제2 도전층을 더 포함한다. 상기 제2 도전층은 인듐 주석 옥사이드, 카드뮴 주석 옥사이드, 안티노미 주석 옥사이드, 아연 옥사이드, 아연 주석 옥사이드, 금속 및 반도체 물질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다.
상기 발광 다이오드는 투명 도전층과 와이어 본딩을 위한 전극 사이에 배치된 전극 버퍼층을 이용한다. 상기 전극과 상기 전극 버퍼층 사이의 접착력이 우수하기 때문에 상기 투명 도전층으로부터 전극이 벗겨지는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 후속 와이어 본딩 공정에서, 상기 전극 버퍼층은 와이어 본딩 공정 시 발생하는 스트레스로 인한 상기 접착층의 크랙(crack) 문제를 해결하기 위해 스트레스 버퍼층으로서 역할을 한다. 따라서, 상기 발광 다이오드의 수율이 향상된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 발광 다이오드를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만 본 발명이 하기 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 하기 실시예들에 있어서, 실질적으로 동일한 부재들에 대해서는 동일하거나 유사한 참조 부호들을 사용한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 다이오드(1)는, 기판(10), 접착층(11), 도전층(12), 발광 스택(13), 전극 버퍼층(14), 제1 전극(15) 그리고 제2 전극(16)을 포함한다.
상기 접착층(11)은 상기 기판(1) 상에 배치된다. 상기 도전층(12)은 상기 접착층(11) 상에 위치한다. 상기 도전층(12)은 상부 표면과 하부 표면을 포함한다. 상기 상부 표면과 기판(10) 사이의 거리는 상기 하부 표면과 기판(10) 사이의 거리보다 크며, 상기 상부 표면은 제1 표면 영역, 제2 표면 영역 및 제3 표면 영역을 포함한다. 상기 발광 스택(13)은 상기 제1 표면 영역 상에 배치된다. 상기 전극 버퍼층(14)은 상기 제2 표면 영역 상에 배치된다. 상기 제1 전극(15)은 상기 전극 버 퍼층(14) 상에 위치하고, 상기 도전층(12)을 향해 아래 방향으로 확장되며 상기 도전층(12)의 제3 표면 영역에 접촉된다. 상기 제2 전극(16)은 상기 발광 스택(13) 상에 배치된다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상기 발광 다이오드(2)는 도 1에 도시한 발광 다이오드(1)와 유사한 구성을 가진다. 그러나 양자의 차이점은 본 발명의 발광 다이오드(2)는 전류 확산을 위해 제2 도전층(27) 및 제3 도전층(28)을 포함하는 데 있다. 상기 제2 도전층(27)은 전극 버퍼층(14)과 제1 전극(15) 사이에 배치되며, 상기 제3 도전층(28)은 발광 스택(13)과 제2 전극(16) 사이에 위치한다.
상술한 발광 스택(13)은 제1 반도체 스택, 발광층 그리고 제2 반도체 스택을 포함한다. 상기 발광층은 상기 제1 반도체 스택 상에 배치된다. 상기 제2 반도체 스택은 상기 발광층 상에 위치한다.
상술한 발광 다이오드는 상기 기판(10)과 상기 접착층(11) 사이에 배치된 제1 반응층을 더 포함한다. 상기 발광 다이오드는 상기 도전층(12)과 상기 접착층(11) 사이에 접착력을 증가시키기 위한 제2 반응층을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드에 있어서, 전극 버퍼층(14)은 반도체 스택 또는 폴리머 물질로 구성된다.
본 발명의 발광 다이오드에 있어서, 기판(10)은 Si, GaAs, SiC, 사파이어, 유리, 석영, GaP 및 금속으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다.
상술한 발광 다이오드에 있어서, 접착층(11)은 폴리이미드(PI), 벤조사이클 로부탄(BCB), 프리플루오로사이클로부탄(PFCB) 및 금속으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다. 도전층(12)은 인듐 주석 옥사이드, 카드뮴 주석 옥사이드, 안티몬 주석 옥사이드, 아연 옥사이드, 아연 주석 옥사이드, 금속 및 반도체 물질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다. 상기 제2 도전층(27)은 인듐 주석 옥사이드, 카드뮴 주석 옥사이드, 안티몬 주석 옥사이드, 아연 옥사이드, 아연 주석 옥사이드, 금속 및 반도체 물질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 중에 적어도 하나의 물질을 포함한다. 상기 반도체 스택은 AlInP, AlGaInP, GaP, GaN, AlGaN, InGaN 및 AlInGaN으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다. 상기 제1 전극(15)은 Cr/Au, Ni/Au, Cr/Al, Ti/Al 및 Ti/Au로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다. 상기 제2 전극(16)은 Cr/Au, Ni/Au, Cr/Al, Ti/Al 및 Ti/Au로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다. 상기 제2 도전층(27)은 인듐 주석 옥사이드, 카드뮴 주석 옥사이드, 안티몬 주석 옥사이드, 아연 옥사이드, 아연 주석 옥사이드, 금속 및 반도체 물질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다. 상기 제1 반응층은 SiNx, Ti 및 Cr로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다. 상기 제2 반응층은 SiNx, Ti 및 Cr로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다. 상기 폴리머 물질은 벤조사이클로부탄 또는 SU8(상표명"RER-600"으로 Arch Chemical사 제조)을 포함한다.
상술한 발광 다이오드는 투명 도전층과 와이어 본딩을 위한 전극 사이에 배 치된 전극 버퍼층을 이용한다. 상기 전극과 상기 전극 버퍼층 사이의 접착력이 우수하기 때문에 상기 투명 도전층으로부터 상기 전극이 벗겨는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 후속하는 와이어 본딩 공정에서, 상기 전극 버퍼층이 와이어 본딩 공정 시에 발생하는 스트레스로 인한 접착층의 크랙 문제를 해결하기 위한 스트레스 버퍼층으로서 역할을 한다. 따라서, 상기 발광 다이오드의 수율을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (20)
- 기판;상기 기판 상에 배치된 접착층;상기 접착층 상에 배치되고 상부 표면과 하부 표면을 가지며, 상기 상부 표면과 상기 기판 사이의 거리가 상기 하부 표면과 상기 기판 사이의 거리보다 크고, 상기 상부 표면은 제1 표면 영역, 제2 표면 영역 및 제3 표면 영역을 포함하는 도전층;상기 제1 표면 영역 상에 위치한 발광 스택;상기 제2 표면 영역 상에 위치한 전극 버퍼층; 및상기 전극 버퍼층 상에 위치하며, 상기 도전층을 향해 아래 방향으로 확장되고 상기 제3 표면 영역에 접촉되는 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 Si, GaAs, SiC, 사파이어, 유리, 석영, GaP 및 금속으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서, 상기 접착층은 폴리이미드, 벤조사이클로부탄, 프리플루오로사이클로부탄 및 금속으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하 는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서, 상기 도전층은 인듐 주석 옥사이드, 카드뮴 주석 옥사이드, 안티몬 주석 옥사이드, 아연 옥사이드, 아연 주석 옥사이드, 금속 및 반도체 물질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발광 스택은 제1 반도체 스택, 상기 제1 반도체 스택 상에 배치된 발광층 및 상기 발광층 상에 배치된 제2 반도체 스택을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극 버퍼층은 반도체 스택을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 6 항에 있어서, 상기 반도체 스택은 AlInP, AlGaInP, GaP, GaN, AlGaN, InGaN 및 AlInGaN로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극 버퍼층은 폴리머 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 8 항에 있어서, 상기 폴리머 물질은 벤조사이클로부탄 또는 SU8을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극은 Cr/Au, Ni/Au, Cr/Al, Ti/Al 및 Ti/Au으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발광 스택 상에 배치된 제2 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제2 전극은 Cr/Au, Ni/Au, Cr/Al, Ti/Al 및 Ti/Au 로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 11 항에 있어서, 상기 발광 스택과 상기 제2 전극 사이에 배치된 제3 도전층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제3 도전층은 인듐 주석 옥사이드, 카드뮴 주석 옥사이드, 안티몬 주석 옥사이드, 아연 옥사이드, 아연 주석 옥사이드, 금속 및 반도 체 물질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극 버퍼층과 상기 전극 사이에 배치된 제2 도전층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제2 도전층은 인듐 주석 옥사이드, 카드뮴 주석 옥사이드, 안티몬 주석 옥사이드, 아연 옥사이드, 아연 주석 옥사이드, 금속 및 반도체 물질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판과 상기 접착층 사이에 배치된 제1 반응층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 17 항에 있어서, 상기 제1 반응층은 SiNx, Ti 및 Cr으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서, 상기 도전층과 상기 접착층 사이에 배치된 제2 반응층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 19 항에 있어서, 상기 제2 반응층은 SiNx, Ti 및 Cr으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
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