KR20080049749A - 반도체 발광 장치 - Google Patents

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semiconductor
film stack
type
film
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KR1020087006916A
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리 왕
펑이 지앙
원칭 펑
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라티스 파워(지앙시) 코포레이션
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Abstract

반도체 발광 장치에 있어서, 상기 장치는 기판과, 반도체 스택 막과, 리드 전극 및 리드를 포함하고, 상기 반도체 스택 막은 n형 막과 p형 막을 포함하고, n형 막과 p형 막 중 하나 이상이 개구부를 포함한다. 개구부는 리드의 바로 아래에 위치한다. 또는 상기 장치가, 주요 표면과 후방 표면, 접착 금속 막, 반사형/옴 금속 막, 반도체 스택 막, 리드 전극 및 기판의 주요 표면에 증착된 리드를 포함하고, 반사형/옴 금속 막은 개구부를 포함한다. 이 개구부는 리드의 바로 아래에 위치한다.

Description

반도체 발광 장치{Semiconductor Light-Emitting Device}
본 발명은 반도체 발광 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로 InGaAlN(InxGayAl1-x-yN, 0<=x<=1, 0<=y<=1) 물질에 기반한 발광 장치에 관한 것이다.
반도체 발광 장치는 넓은 범위에 적용되는 중요한 유형의 반도체 장치이다. 예를 들어, 반도체 발광 다이오드(LED)가 인디케이터 조명, 신호 패널, 교통 신호등에 사용되어 왔다. 최근에 개발된 InGaAlN-기반 LED가 조명 영역으로 LED 응용분야을 확장하고 있다. 일반적인 조명으로 LED를 사용하는 목적을 달성하기 위해, 현재 LED의 효율을 높이는 것이 중요하다. 도 1은 전형적인 LED의 구조를 나타낸다. 도면에서, 부호 "1"은 기판을 나타내며, 부호 "2"는 반도체 에피택시얼 막 스택을, 부호 "3"은 전극을, 그리고 부호 "4"는 전극 리드 와이어를 나타낸다. 일반적으로, 옴 콘택트가 전극(3)과 반도체 에피택시얼 막 스택(2) 사이에 형성된다. 기판의 후면에 다른 전극이 존재한다. 동작 중에, 전류가 전극 리드 와이어(4)로부터 반도체 에피택시얼 막 스택(2)으로, 전극(3)을 통해 입력되며, 막 스택 내부의 광 방출을 자극한다. 이후에, 전류가 후면 전극으로부터 장치 밖으로 흐른다. 반도체 에티택시얼 막 스택(2) 내부에서 발생된 빛이 상부 표면으로부터 방출된다 ( 반사된 후 에, 하부 방향으로 전파되는 빛이 또한 상부 표면으로부터 방출된다). 도면으로부터, 전극 리드 와이어(4)의 존재가 전극 리드 와이어 하부에 배치된 에피택시얼 막 스택에 의해 발생된 빛을 차단하고, 이에 따라 빛이 장치 외부에 방출되는 것을 막는다는 사실을 알 수 있다. 결과적으로, 장치의 발광 효율이 감소한다.
본 발명의 목적은 일 유형의 반도체 발광 장치를 제공하는 것이다. 이러한 유형의 장치는 전극 리드 와이어가 빛을 차단함으로써 야기되는 손실을 줄이거나 방지하고, 더 높은 발광 효율을 얻도록 한다.
본 발명의 목적은 다음과 같이 구현된다.
본 발명의 일 실시예는 일 유형의 반도체 발광 장치를 제공한다. 이 장치는: 기판과; 상기 기판 상부에 위치하며, 하나 이상의 n형 막과 하나의 p형 막을 포함하는 반도체 막 스택과; 상기 반도체 막 스택의 상부에 위치한 전극과; 그리고 상기 전극에 연결된 전극 리드 와이어를 포함한다. 여기서, 상기 반도체 막 스택의 n형 막 또는 p형 막 중 하나 이상이 공극을 포함하고, 상기 공극이 상기 반도체 리드 와이어의 하부에 위치한다.
본 발명의 일 실시예는 일 유형의 반도체 발광 장치를 제공한다. 이 장치는: 메인 표면과 후방 표면을 포함하는 전도성 기판과; 상기 전도성 기판상에 위치한 금속 접착 막과; 상기 금속 접착 막 상에 위치한 반사형 옴 금속 막과; 상기 반도체 옴 금속 막 상에 위치하며, 하나 이상의 n형 막과 하나의 p형 막을 포함하는 반도체 막 스택과; 상기 반도체 막 스택 상에 위치한 전극과; 그리고 상기 전극에 연결된 전극 리드 와이어를 포함하되, 상기 반사형 옴 금속 막이 공극을 포함하고, 그리고 상기 공극이 상기 전극 리드 와이어 하부에 위치한다.
본 발명의 일 실시예에서, 공극이 반도체 에피택시얼 막 스택의 내부에 형성된다. 전극 리드 와이어의 하부에 위치한 반도체 에피택시얼 막 스택을 제거한 후에, 소량의 전류가 공극을 통해 흐르게 되고, 이에 따라, 빛이 발생하지 않는다. 따라서, 동일한 양의 전류가 장치로 주입되면, 다른 영역에서의 전류 밀도가 증가하고, 공극 영역에서 생성되는 빛이 전극 리드 와이어에 의해 차단되지 않는다. 결과적으로, 장치의 발광 효율이 증가한다. 공극이 전체 막 스택을 투과할 수 있다. 또는 n형 막 또는 p형 막 내부에 형성될 수도 잇다. 공극의 효과는 p-n 정션(junction)의 형성을 막는 것이다. 단락 회로나 전류 누설을 방지하기 위해, 반도체 막 스택의 제거 후에 형성된 공극이, 절연 물질로 채워질 수 있다. 여기서, 절연 물질은 SiO2, SiN, 또는 Al2O3이며, 바람직하게 SiN이 선택될 수 있다.
본 발명의 추가 실시예에서, 공극이 반사형 옴 금속 막 내부에 형성될 수 잇다. 이 실시예에서, 금속 접착 막 및 반사형 옴 금속 막이 반도체 막 스택 및 기판 사이에 배치된다. 반도체 막 스택이 매우 얇기 때문에, 즉, 일반적으로 수 마이크론 이터 두께이므로, 반도체 막 스택 내에 전류가 측면으로 퍼지도록 하는 것이 어렵다. 이 실시예에서, 전극 리드 와이어 하부에 배치된 반사형 옴 금속 막이 제거되고, 이로써 공극이 형성된다. 아무런 옴 접촉이 이 영역에 형성되지 않기 때문에, 소량의 전류가 이를 통해 흐르고, 결과적으로 빛 발생하지 않는다. 거의 모든 전류가, 전극 리드 와이어에 의해 차단되지 않는, 이 영역을 통과하여 흐른다. 따라서, 이 영역에서의 전류 밀도가 증가하고, 결과적으로, 발광 효율이 향상된다. 반사형 옴 금속 막 내의 공극이 절연 물질 또는, 반도체 막 스택과 옴-콘택트를 형성하지 않는 전도성 물질로 채워질 수 있으며, 따라서 전류 흐름을 추가로 차단한다. 절연 물질은 SiO2, SiN, 또는 Al2O3이며, 바람직하게 SiN이 선택될 수 있다. 전도성 물질은 금(Au), 크롬(Cr) 등이다.
반도체 막 스택이나 반사형 옴 금속 막 내의 공극의 영역이, 장치 동작 중의 조건에 의해 결정될 수 있다. 바람직한 공극의 영역은 기판상의 전극 리드 와이어의 돌출부의 영역의 절반 및 두 배 사이이다.
반도체 막 스택이, InGaAlN(InxGayAl1 -x- yN, 0<=x<=1, 0<=y<=1) 물질, InGaAlP(InxGayAl1-x-yP, 0<=x<=1, 0<=y<=1) 물질, 및 InGaAlAs(InxGayAl1 -x- yAs, 0<=x<=1, 0<=y<=1)물질을 사용하여, 형성될 수 있다. 바람직한 물질은 InGaAlN(InxGayAl1-x-yN, 0<=x<=1, 0<=y<=1) 물질이다.
반도체 기판이 일반적으로 사용되는 반도체 또는 금속 물질일 수 있으며, 바람직하게는 Si, GaAs 및 사파이어를 포함한다.
본 발명은 전극 리드 와이어의 빛 차단에 의해 야기되는 빛 손실을 방지하거나 감소시키며, 따라서 발광 효율을 향상시킨다는 이점을 가진다.
본 발명이 온전히 이해되고 실질적인 효과를 내기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예(이에 제한되는 것은 아님)를 첨부된 도면을 참조하여, 이하에서 설명한다.
도 1은 일반적인 LED의 구조를 나타내는 도면이다. 도면에서, 부호 "1"은 기판을 나타내고, 부호 "2"는 반도체 에피택시얼 막 스택을, 부호 "3"은 p형 전극을, 그리고 부호 "4"는 p형 전극 리드 와이어를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 LED의 구조를 나타내는 도면이다. 도면에서, 부호 "1"은 기판을 나타내고, 부호 "2"는 반도체 에피택시얼 막 스택을, 부호 "3"은 p형 전극을, 그리고 부호 "4"는 p형 전극 리드 와이어를, 그리고 부호 "5"는 반도체 에피택시얼 막 스택 내부에 배치된 공극(void)을 나타낸다. 공극(5)은 p형 전극 리드 와이어(4)의 하부에 위치하며, 전체 에피택시얼 막 스택을 투과하며, 공극이 SiN으로 채워진다.
도 3은 본 발명의 실시예 3에 다른 LED의 구조를 나타낸다. 도면에서, 부호 "1"은 기판을 나타내고, 부호 "2"는 반도체 에피택시얼 막 스택을, 부호 "3"은 p형 전극을, 그리고 부호 "4"는 p형 전극 리드 와이어를, 부호 "5"는 반도체 에피택시얼 막 스택 내부에 배치된 공극(void)을, 그리고 부호 "6"은 n형 전극을 나타낸다. 공극(5)은 p형 전극 리드 와이어(4)의 하부에 위치하며, 전체 에피택시얼 막 스택을 투과하며, SiN으로 채워진다.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따라 LED의 구조를 나타낸다. 도면에서, 부호 "1"은 기판을 나타내고, 부호 "2"는 반도체 에피택시얼 막 스택을, 부호 "3"은 n형 전극을, 그리고 부호 "4"는 n형 전극 리드 와이어를, 부호 "6"은 반사형 옴 금속 막을, 그리고 부호 "7"은 금속 접착 막을 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 반사형 옴 금속 막(6)을 나타내는 평면도이다. 도면에서, 부호 "5"는 반사형 옴 금속 막 내부의 공극을 나타낸다.
이하에서, 첨부된 도면 및 실시예와 함께 본 발명을 상세히 설명한다.
실시예 1:
도 2를 참조하면, GaAs 기판이 세정되고, 화학적 기상 증착(CVD) 챔버 내에 배치된다. InGaAlP 막 스택(2)이 공개된 방법에 따라 증착된다. 이 구조물은 n형 막과, 다중-양자-우물(MQW) 발광 막과, 그리고 p형 막을 포함한다. 에피택시얼 막 스택의 증착 후에, 도 2에 부호 "5"로 표시된 영역이, 공극을 형성하기 위한 ICP(inductively couple plasma) 에칭을 사용하여 완전히 에칭된다. 이러한 공극은 전체 에피택시얼 막 스택을 투과한다. 마그네트론 스퍼터링 증착 및 포토리소그래픽 기술을 사용하여, 공극이 SiO2로 채워질 수 있다. 이어서, p형 옴 전극(3)이 p형 막 상에 형성되고, n형 옴 전극이 기판의 후면에 형성된다. 에픽택시얼 웨이퍼가 이후에 분리되어 개별적으로 칩을 형성한다. 각각의 개별적인 칩이 패키징 프레임에 장착되고, 금(gold) 와이어(즉, p형 전극 리드 와이어(4))가 공극(5) 상부로 수직으로 당겨지고, p형 전극에 닿는다. 마지막으로, 에폭시가 패키지를 밀봉하는 데 사용된다.
실시예 2:
도 3을 참조하면, 사파이어 기판(1)이 세정되고, 화학적 기상 증착(CVD) 챔 버 내부에 배치된다. InGaAlN 막 스택(2)이 공개된 방법에 따라 증착된다. 기판은 n형 막과, MQW 발광 막과 그리고 p형 막을 포함한다. 에피택시얼 막 스택의 증착 후에, 도 3에 부호 "5"로 표시된 영역이, 공극을 형성하기 위한 ICP 에칭을 이용하여 완전히 에칭된다. 한편으로, 사각형-모양의 팁의 코너에 위치한 섹터-모양의 영역이 에칭되어 n형 막을 노출한다. 마그네트론 스퍼터링 증착 및 포토리소그래픽 기술을 이용하여, 공극이 SiN으로 채워질 수 있다. 계속하여, p형 옴 전극(3)이 p형 막상에 형성되고, n형 옴 전극이 노출된 n 형막 상에 형성된다. 에피택시얼 웨이퍼가 이후에 분리되어 개별적인 칩을 형성한다. 칩은 패키징 프레임에 장착되고, 금 와이어(즉, p형 전극 리드 와이어(4)가 공극(5)의 상부로 당겨져, p형 전극(3)에 연결된다. 다른 금 와이어가 노출된 n형 막으로부터 n형 전극으로 당겨진다. 마지막으로, 에폭시(epoxy)가 패키지를 봉합하기 위해 사용된다.
실시예 3:
도 4 및 도 5를 참조하면, 사파이어 기판(1)이 세정되고, 화학적 기상 증착(CVD) 챔버 내부에 배치된다. InGaAlN 막 스택(2)이 공개된 방법에 따라 증착된다.이 구조물은 n형 막과, MQW 발광 막, 그리고 p형 막을 포함한다. 에피택시얼 막 스택의 증착 후에, Pt 반사형 옴 금속 막(6)이 p형 막 상에서 증착된다. 도 5에 부호 "5"로 표시된 영역 내의 Pt 막이, 포토리소그래피 및 에칭 기술을 사용하여 완전치 에칭되어 공극(void)을 형성한다. 절연 물질(가령, SiO2, SiN, Al2O3, 등) 또는 에픽택시얼 막 스택과 옴-콘택트를 형성하지 않는 전도성 물질(예, Au, Cr, 등)으로, 마그네트론 스퍼터링 증착 및 포토리소그래피 기술을 이용하여, 공극이 채워 진다. 후에, 금속 접착 막(7)이 Pt 막 상에 증착된다. 에피택시얼 웨이퍼가 다른 Si 기판에 접착되고, Si 성장 기판이 에칭된다. 이어서, p형 전극이 p형 막 상에 형성되고, n형 전극(3)이 Si 기판의 후면에 형성된다. 에피택시얼 웨이퍼가 이후에 분리되어 개개의 칩을 형성한다. 칩은 패키징 프레임 상에 장착되고, 십자가-모양의 전극 리드 와이어(도 4에 도시됨), 즉 n형 전극 리드 와이어(4)가 공극(5)의 상부로 수직으로 납땜 된다. 마지막으로, 에폭시가 패키지를 밀봉하는 데 사용된다.
상술한 본 발명의 실시예들은 단지 예시와 설명을 위한 것일 뿐이며, 본 발명을 설명된 형태로 한정하려는 것이 아니다. 따라서, 다양한 변화 및 변경을 할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 자명하다. 또한, 이 명세서의 상세한 설명이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해서 정의된다.

Claims (12)

  1. 기판과;
    상기 기판 상부에 위치하며, 하나 이상의 n형 막과 하나의 p형 막을 포함하는 반도체 막 스택과;
    상기 반도체 막 스택의 상부에 위치한 전극과;
    상기 전극에 연결된 전극 리드 와이어를 포함하되,
    상기 반도체 막 스택의 n형 막 또는 p형 막 중 하나 이상이 공극을 포함하고,
    상기 공극이 상기 반도체 리드 와이어의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 막 스택 내 상기 공극의 영역이 상기 기판상의 상기 전극 리드 와이어의 돌출부의 크기의 절반 및 두 배 사이인 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공극이 절연 물질로 채워지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 막 스택이 InGaAlN 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판이 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 막 스택이 InGaAlP 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판이 GaAs 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 장치.
  8. 메인 표면과 후방 표면을 포함하는 전도성 기판과;
    상기 전도성 기판상에 위치한 금속 접착 막과;
    상기 금속 접착 막상에 위치한 반사형 옴 금속 막과;
    상기 반도체 옴 금속 막 상에 위치하며, 하나 이상의 n형 막과 하나의 p형 막을 포함하는 반도체 막 스택과;
    상기 반도체 막 스택 상에 위치한 전극과; 그리고
    상기 전극에 연결된 전극 리드 와이어를 포함하되,
    상기 반사형 옴 금속 막이 공극을 포함하고, 그리고
    상기 공극이 상기 전극 리드 와이어 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사형 옴 금속 막의 영역이 상기 기판상의 상기 전극 리드 와이어의 돌출부의 크기의 절반 및 두 배 사이인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 공극이 절연 물질 또는 상기 반도체 막 스택과 옴-콘택트를 형성하지 않는 전도성 물질 중 어느 하나로 채워지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 반도체 막 스택이 InGaAlN 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 전도성 기판이 Si 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 장치.
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