KR20090057409A - 발광 소자의 전류 분산 - Google Patents

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Abstract

활성층을 포함하는 복수의 에피택시얼층들, 에피택시얼층들의 제1 측의 반사막과 오믹 콘택 중 적어도 하나, 및 에피택시얼층들의 제2 측의, 발광면을 갖는 도전성 금속의 층을 포함하는 발광 소자가 개시된다. 터미널이 발광면 상에 있고, 터미널은 전류를 확산시키고 광출력에의 영향을 최소화시키는 어레이를 포함한다. 이 어레이는 전류 분산을 위한 본딩 패드, 외부(outer portion), 및 결합부를 포함할 수 있다.
발광 소자, 분산, 광출력

Description

발광 소자의 전류 분산{ELECTRICAL CURRENT DISTRIBUTION IN LIGHT EMITTING DEVECES}
본 발명은 발광소자의 전류 분산에 관한 것으로 보다 상세하게는, 이에 한정되는 것은 아니나, 광출력을 최대화하기 위해 전류를 방사(spreading)하기 위한 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드 및 레이저 다이오드와 같은 대부분의 발광 소자에 있어서, 본딩 패드(bonding pad)는 표면 영역의 약 15%를 차지한다. 빛은 본딩 패드가 배치되는 곳에서 발광될 수 없다.
또한, 전류가 본딩 패드로부터 활성 영역으로 흐르고, 전류는 가장 저항이 낮은 경로(일반적으로 동일한 물질 내에서 최단 경로)로 흐를 것이므로, 최대 전류량 따라서 최대 광출력은 본딩 패드의 아래 쪽에서 나타난다. 이것은 상당한 광출력의 감소를 야기시킨다.
[관련 출원의 참조]
본 출원의 참조문헌은 본 출원 이전인 2005년 9월 29일에 출원된 본 출원인의 싱가폴 특허 출원 20506301-1이며 동 문헌에 개시된 내용 전부가 본 출원에 포함된다.
바람직한 제1 관점에 따르면, 활성층을 포함하는 복수의 에피택시얼 층(epitaxial layers); 상기 에피택시얼 층의 제1 측의 반사막(reflective layer)과 오믹 콘택 중 적어도 하나; 및 상기 에피택시얼층의 제2 측에 배치되고 발광면(light emitting surface)을 갖는 도전성 금속의 막을 포함하는 발광 소자가 제공된다. 터미널(terminal)은 상기 발광면 상에 배치된다. 상기 터미널은 전류를 분산하고 광출력에 미치는 효과를 최소화하는 어레이(array)를 갖는다.
상기 어레이는 본딩 패드, 외부(outer portion), 및 상기 본딩 패드와 상기 외부를 연결하는 결합부(joining portion)를 포함할 수 있고, 상기 외부와 상기 결합부는 전류를 방산(dissipation)시킨다. 상기 외부는 상기 발광면의 주변에 있거나, 상기 발광면의 주변에 혹은 그 주변에 인접할 수 있다. 상기 결합부는 상기 본딩 패드와 상기 외부를 연결시키는 복수의 스포크(spoke)를 포함할 수 있다.
상기 어레이와 상기 발광면 사이에 제2 반사막이 있을 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 반사막은 상기 발광면 내의 트랜치(trench)의 바닥에 있을 수 있다.
바람직한 제2 관점에 따른 발광 소자의 형성 방법이 제공된다. 상기 발광 소자는 활성 영역을 포함하는 복수의 에피택시얼층들, 상기 에피택시얼층들의 제1 측의 반사막, 및 상기 에피택시얼층의 제2 측의 도전 금속을 갖는다. 상기 방법은 상기 도전성 금속의 발광면 상에 터미널을 형성하는 것을 포함하며, 상기 터미널은 전류를 분산하고 광출력에 미치는 영향을 최소화하는 어레이를 갖는다.
상기 어레이를 형성하는 것은, 본딩 패드, 외부 및 상기 본딩 패드와 외부를 전기적으로 연결하는 결합부를 형성하는 것을 포함하고, 상기 외부와 결합부는 전류를 분산시킨다. 상기 외부는 상기 발광면의 주변에 있거나 상기 발광면의 주변에 인접할 수 있다. 상기 결합부는 상기 본딩 패드와 상기 외부를 결합하는 복 수의 스포크들을 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 제2 반사면 상에 어레이를 형성하기 전에 상기 발광면 상에 제2 반사막을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
이와 달리, 상기 방법은 상기 발광면 내의 트랜치를 형성하는 것, 상기 트랜치의 바닥에 상기 제2 반사막을 형성하는 것을 더 포함할 수 있으며, 상기 어레이는 상기 제2 반사막 상에 형성될 수 있다.
본 발명을 완전히 이해하도록 설명하고 실질적인 효과를 설명하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예, 그러나 한정되지 않는 예가 설명될 것이며, 이 설명은 설 명적인 도면을 참조하여 이루어질 것이다.
도면들에서,
도 1은 발광 소자의 개략적인 측면도이다;
도 2는 발광 소자의 바람직한 실시예의 개략적인 측면도이다;
도 3은 도 2의 장치의 투시도이다;
도 4는 도 3의 화살표 방향의 선을 따라 취한 수직 단면도이다;
도 5는 도 4의 트랜치를 확대한 도면이다;
도 6은 도 5의 다른 배치를 보여주는 도면이다;
도 7 내지 도 13은, 도 2 내지 도 4의 장치의 형성방법을 보여주는, 도 4에 대응하는 일련의 도면들이다.
먼저, 도 1을 참조하여, 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드와 같은 발광 소자가 보여진다. 이 발광 소자는 활성 영역(102)을 포함하는 복수의 에피택시얼 층의 제1 측의 반사막(reflective layer) 또는 오믹 콘택(103) 또는 반사막 및 오믹 콘택 모두를 갖는다. 상기 에피택시얼층의 제2 측에 도전성 금속층(104)이 있다. 상기 반사막(103)은 상기 에피택시얼층 상에 그리고 상기 반사막 상에 오믹 콘택이 있거나, 또는 이와 반대일 수 있고, 이들 중 오직 하나일 수 있다. 본딩 패드(105)는 상기 광출력면(107) 상에 제공된다. 상기 전류는 상기 금속막(104) 내에 서, 도 1에 점선으로 도시된 경로(path)를 따라 상기 활성층(102)으로 흐른다. 보여지는 바와 같이, 최대 전류는 상기 본드 패드(105) 아래에 집중된다. 이것은 상기 활성층(102)에 의한 최대 빛(maximum light) 또한 상기 본딩 패드(105) 아래로 집중될 것이라는 것을 의미한다. 이러한 빛은 상기 본딩 패드(105)에 의해 금속층(104)으로 재반사될 것이다. 이것은 광출력을 현저하게 감소시킨다.
도 2 내지 도 4는 바람직한 실시예를 보여주는 것으로, 동일한 구성요소에 동일한 참조부호가 사용되었으나, 앞자리 "1"이 "2"로 변경되었다. 여기서, 상기 본딩 패드(105)는 터미널층(215)으로 대체되었다.
상기 터미널층(215)은 전기적으로 도전성 물질로 구성된 어레이(214)를 포함하고, 바람직하게 상기 본딩 패드(205)와 동일한 물질을 포함하며, 상기 본딩 패드(205)와 상기 광출력면(207)을 모두 전기적으로 연결한다. 상기 어레이(214)는 상기 면(207) 상으로 분산(distributed)되어, 전류가 확산(diffusion) 또는 분산 (distribution)방식으로 상기 터미널층(215)에서 상기 활성 영역(202)으로 흐를 것이다.
상기 어레이(214)는 바람직하게 중심으로 상기 본딩 패드(205)를 가지며, 상기 어레이(214)의 분산은 상기 면(207)에 걸쳐 상대적으로 균일하다. 또한, 상기 상기 어레이(214)는 바람직하게, 본딩 패드(205)에 비해 감소된 높이를 갖는다.
도시된 바와 같이, 상기 어레이(214)는, 면(207)의 주변에 있거나 주변에 인접한 외부(206)를 포함한다. 이것은 상기 활성 영역(202)의 상기 주변으로부터, 그리고 주변에 인접한 곳으로부터 발광을 제공하기 위함이다. 상기 외부(206)와 상기 본딩 패드(205)를 전기적으로 및 물리적으로 연결하는 것은, 접합부(208)로, 본 예에서는, 상기 본딩 패드(205)로부터 상기 외부(206)로 연장되는 4개의 동등하게 구획된 방사상의 "스포크들(spokes)"이다. 모든 스포크들(208)은 바람직하게 동일하고, 보다 바람직하게 상기 외부(206)과 동일한 높이와 폭을 갖는다. 4개의 스포크들(208)이 십자형으로 도시되었으나, 상기 스포크의 갯수는 예를 들어, 한 개, 두 개, 세 개, 네 개, 다섯 개, 여섯 개 등으로 가능하다.
상기 스포크들(208) 및 상기 외부(206) 사이에는 상기 광출력면(207)로부터의 발광을 위한 발광 개구부(209)가 있다.
상기 외부(206) 및/또는 각 스포크(208) 또는 어레이(214)는 상기 광출력면(207) 내에 형성된 트랜치(trench, 211) 내에 위치될 수 있다. 상기 트랜치(211)는 바닥(213)에 반사막(212)을 포함하여, 상기 어레이(214) 아래의 활성 영역(202)에 의해 전달되는 빛이 보다 효율적으로 상기 반사막(212)에 의해 반사될 수 있다. 상기 반사막(212)은 확산면(diffusing surface)을 가질 수 있어, 빛이 90도 이외의 각도로 이로부터 반사될 것이다. 상기 반사막(212)은 전기적으로 도전성으로 상기 어레이(214)로부터 상기 활성 영역(202)으로 전류가 통과되도록 할 수 있다. 바람직하게, 상기 반사막(212)의 형태 및 상기 면(207) 상의 상기 반사막(212)의 면적은 상기 어레이(214)와 동일하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 트랜치(211)는 사용되지 않고, 상기 반사막(212)이 상기 어레이(214) 아래의 상기 광출력면(207)에 직접 적용될 수 있다.
도 7 내지 도 13은 공정을 보여준다. 이들은 관련된 출원(참조문헌)의 도 11 내지 도 17이며, 본래의 사파이어 기판(4)이 제거된 이후의 공정 과정이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 사파이어 기판(4)의 제거 이후, 상기 메사(mesa)의 가장자리를 따라 새롭게 노출된 표면(13)을 트랜치 에칭하여 분리된다. 도 8 내지 10에 도시된 바와 같이, 상기 에칭 공정동안 상기 n형 GaN층(3)은 포토레지스터막(6(d))에 의해 보호된다.
이와 달리, 상기 n-형 층(n-type layer)의 최하부면(13)이 상기 포토레지스터(12)와의 정렬된 위치에서 쪼개져 상기 다이가 분리될 수 있다. 이것은, 레이저 다이오드에서의 유리한 점(advantage)이다. 왜냐하면, 상기 n-형 층(3)의 노출된 측면은 실질적으로 평행하므로 많은 양(amount)의 내부 반사를 일으키기 때문이다. 이것은 상승되고 직사된(directed) 빛, 출력을 위한 광증폭 시스템으로 동작한다.
상기 노출된 SiO2 층(8), 상기 n-형 GaN층(3)의 옆 및 n-형 GaN층(3)의 중심 상에 제5 레지스트막(6(e))을 적용한 후, 패드 에칭을 수행하여[도 9(a) 및 도 9(b)] n-형 GaN층(3)으로 구성된 조사부(14)와 리세스부(15)를 형성한다.
상기 레지스트(6(e))는 제거되고 상기 n-형 GaN층(3) 및 상기 SiO2층(8)의 바깥 주변부의 노출된 표면 상에 레지스트(6(f))가 더 적용되어, 다이 분리를 위한 갭(16)이 남는다. 상기 두꺼운 포토 레지스트(12)의 끝들이 노출될 때까지 상기 갭(16)과 상기 SiO2 층(8)을 관통하여 에칭이 수행된다. 상기 레지스트 (6(f))는 제거된다.
마지막 레지스트막(6(g))은 상기 SiO2 막(8)의 가장자리부터 상기 n-형 GaN층(3)의 중심에 인접한 곳에 이르는 모든 노출된 하부면에 적용되고, 중앙의 갭(17)이 남는다(도 11).
막의 어레이(214) 또는 n형 금속들의 막들(18)이, 상기 레지스트(6(g)) 상에 적용된다. 상기 n-형 GaN 층(3)의 중심부의 상기 갭(17)의 상기 층(18)은 상기 GaN 층(3)에 직접 적용된다. (도 12). 상기 막(18)이 부착된 상기 레지스트막(6(g))이 제거되고, 이전에 갭(17)이 위치했던 상기 n-형 GaN층(3)의 중심에 부착된 상기 막(18)이 남는다.
이러한 방식으로 상기 시드층(11, 10, 9) 및 상기 구리층(9(a))은 발광을 증가시키기 위한 반사기(reflector)로 작용하고, 상기 구리층(9(a))은 일 터미널에 배치되어 발광을 방해하지 않는다. 상기 제2 터미널은 GaN의 n형 층(3) 상의 어레이(214) 내의 층(18)이고, 이것은 상기 층(3)의 중심 또는 중심의 주변 또는 중심 및 중심의 주변의 어레이이며, 발광에서의 효과를 최소화시키고, 전류의 확산을 증가시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 설명되었고, 구성 또는 설계의 구체적인 사항에서의 변경 또는 변화가 본 발명에서 벗어나지 않고 당업자에게 이루어질 수 있음이 자명할 것이다.

Claims (12)

  1. (a) 활성층을 포함하는 복수의 에피택시얼층;
    (b) 상기 에피택시얼층들의 제1 측의 적어도 하나의 반사막과 오믹 콘택;
    (c) 상기 에피택시얼층들의 제2 측의, 발광면을 갖는 도전성 금속층;
    (d) 상기 발광면 상의, 전류를 확산시키기며 광출력에 영향을 최소화시키는 어레이를 포함하는 터미널을 포함하는 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 어레이는 본딩 패드, 외부 및 상기 본딩 패드와 상기 외부를 연결하는 결합부를 포함하되, 상기 외부와 상기 결합부는 전류 방산(dissipation)을 위해 존재하는 발광소자.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 외부는 상기 발광면의 주변 또는 주변에 인접한 영역에 있는 발광소자.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 결합부는 상기 본딩 패드와 상가 외부를 결합하는 복수의 스포크(spokes)를 포함하는 발광 소자.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어레이와 상기 발광면 사이의 제2 반사막이 배치되는 발광 소자.
  6. 청구항 2 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 반사막은 상기 발광면의 트랜치의 바닥에 배치되는 발광소자.
  7. 활성층을 포함하는 복수의 에피택시얼층, 상기 에피택시얼층의 제1 측의 반사막과 상기 에피택시얼층의 제2 측의 도전성 금속을 포함하되, 상기 도전성 금속은 발광면을 포함하는 발광 소자의 형성 방법에 있어서,
    상기 도전성 금속의 상기 발광면 상에, 전류를 확산시키고 광출력에 대한 이의 영향을 최소화시키는 어레이를 포함하는 터미널을 포함하는 발광 소자의 형성방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 어레이를 형성하는 것은 본딩 패드, 외부 및 상기 본딩 패드와 외부를 전기적으로 연결하는 결합부를 형성하는 것을 포함하되, 상기 외부와 결합부는 전류 방산을 위해 존재하는 발광 소자의 형성방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 외부는 상기 발광면의 주변에 있거나 주변에 인접한 발광 소자의 형성 방법.
  10. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 결합부는 상기 본딩 패드와 외부를 연결하는 복수의 스포크들을 포함하는 발광 소자의 형성방법.
  11. 청구항 7 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 반사막 상에 어레이를 형성하기 전에 상기 발광면 상에 제2 반사막을 형성하는 것을 더 포함하는 발광 소자의 형성방법.
  12. 청구항 8 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광면에 트랜치를 형성하는 것, 상기 트랜치의 바닥에 제2 반사막을 형성하는 것을 더 포함하되, 상기 어레이는 상기 제2 반사막 상에 형성되는 발광 소자의 형성방법.
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