KR20090115156A - 웨이퍼 레벨 형광체 코팅 방법 및 이 방법을 이용하여 제조된 소자 - Google Patents

웨이퍼 레벨 형광체 코팅 방법 및 이 방법을 이용하여 제조된 소자 Download PDF

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Abstract

발광 다이오드(LED) 칩을 제조하는 방법은 기판 상에 통상적으로 복수의 LED를 제공하는 단계를 포함한다. LED 상에는 페데스탈들이 증착되고, 페데스탈 각각은 LED들 중 하나와 전기적으로 접촉한다. LED 위에는 페데스탈들 중 적어도 일부를 매립하는 코팅이 형성된다. 그 다음, 코팅은 상기 LED 상에 상기 코팅 중 적어도 일부를 남겨두면서 상기 매립된 페데스탈들 중 적어도 일부를 노출시키도록 평탄화된다. 그 다음, 노출된 페데스탈들은 와이어 본드와 같은 것에 의하여 접촉될 수 있다. 본 발명은 캐리어 기판 상에 플립 칩 본딩되는 LED를 가진 LED 칩을 제조하고 다른 반도체 소자를 제조하는데 이용되는 유사한 방법들을 개시한다. 개시된 방법들을 이용하여 제조되는 LED 칩 웨이퍼 및 LED 칩 또한 개시된다.

Description

웨이퍼 레벨 형광체 코팅 방법 및 이 방법을 이용하여 제조된 소자{WAFER LEVEL PHOSPHOR COATING METHOD AND DEVICES FABRICATED UTILIZING METHOD}
본 발명은 USAF 05-2-5507 계약에 따라 정부 지원으로 발명되었다. 정부는 본 발명에 대해 일정한 권리를 갖는다.
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 발광다이오드의 웨이퍼 레벨 코팅 방법에 관한 것이다.
발광다이오드(LED)는 전기적 에너지를 광으로 변환하는 고체 상태 소자이며, 일반적으로 반대로 도핑된 층들 사이에 개재된(sandwiched) 하나 이상의 반도체 재료의 활성(active) 층을 포함한다. 이 도핑 층들을 가로질러 바이어스가 인가되는 경우, 정공과 전자가 이 활성 층에 주입되고 이 활성 층에서 정공과 전자는 재결합하여 광을 발생시킨다. 이 광은 활성 층과 LED의 모든 표면들로부터 방출된다.
종래의 LED들은 그들의 활성 층으로부터 백색광을 발생시킬 수 없다. 청색 발광 LED로부터의 광은, LED를 황색 형광체(phosphor), 폴리머 또는 염료(dye)로 둘러쌈으로써 백색광으로 변환되는데, 통상적인 형광체는 세륨 도핑된 이트륨 알루미늄 석류석(garnet)(Ce:YAG)이다(Nichia Corp. white LED, Part No. NSPW300BS, NSPW312BS 등을 참조; Lowrey의 미국특허 제5959316호, 발명의 명칭 "Multiple Encapulation of Phosphor-LED Devices" 또한 참조). 둘러싸는 형광체의 재료는 LED의 청색광 일부의 파장을 "하향 변환"하여, LED 광의 색을 황색으로 변화시킨다. 이 청색광의 일부는 변화되지 않고 형광체를 통과하지만, 광의 상당 부분은 황색으로 하향 변환된다. LED는 청색광과 황색광을 방출하며, 이 광들은 결합하여 백색광을 제공한다. 다른 접근 방식에서는, LED를 다색 형광체나 또는 염료로 둘러쌈으로써 보라색 또는 자외선 방출 LED로부터의 광이 백색광으로 변환된다.
LED를 형광체 층으로 코팅하기 위한 한 가지 종래의 방법은, 에폭시 수지 또는 실리콘 폴리머와 혼합된 형광체를 LED 위로 주입하기 위해 주사기(syringe) 또는 노즐을 이용한다. 그러나 이 방법을 이용하면, 형광체 층의 기하구조와 두께를 제어하는 것이 어려울 수 있다. 결과적으로, 상이한 각도에서 LED로부터 방출되는 광은 상이한 양의 변환 재료를 통과할 수 있으며, 이는 시야각의 함수로서 불균일한 색온도를 갖는 LED를 만들 수 있다. 기하구조 및 두께를 제어하기 어렵기 때문에, 동일한 또는 유사한 방출 특성을 갖는 LED들을 일관되게 재생산하는 것 또한 어려울 수 있다.
LED를 코팅하기 위한 다른 종래의 방법은, Lowery의 유럽 특허 출원 제EP1198016 A2호에 개시된 스텐실 프린팅에 의한 방법이다. 복수의 발광 반도체 소자들이 인접한 LED들 간에 원하는 거리를 두고 기판 상에 배치된다. LED와 정렬된 개구부를 가진 스텐실이 제공되는데, 이 홀들은 LED보다 약간 더 크며 스텐실은 LED보다 두껍다. 스텐실은 기판 상에 배치되며, LED 각각은 스텐실의 각각의 개구부 내에 위치된다. 그 다음, 스텐실 개구부에는 소정의 조성물이 증착되어 LED를 피복하는데, 통상적인 조성물은 열 또는 광에 의해 경화될 수 있는 실리콘 폴리머의 형광체이다. 이 홀들이 충전된 후에 스텐실은 기판으로부터 제거되고 스텐실 조성물은 고체 상태로 경화된다.
상기 주사기 방법과 마찬가지로, 스텐실 방법을 이용하는 것 또한 형광체 함유 중합체의 기하구조와 층 두께를 제어하기 어려울 수 있다. 스텐실 조성물은 스텐실 개구부를 완전히 충전하지 못할 수 있으며, 결과적으로 층은 균일하지 못할 수 있다. 형광체 함유 조성물은 스텐실 개구부에 고착될 수도 있으며, 이는 LED 상에 남아 있는 조성물의 양을 감소시킨다. 스텐실 개구부는 또한 LED와 정렬되지 않을 수 있다. 이러한 문제들은 LED가 불균일한 색온도를 갖게 하고 LED를 동일한 또는 유사한 방출 특성을 갖고 일관되게 재생산하는 것을 어렵게 하는 것을 야기한다.
스핀 코팅, 스프레이 코팅, 정전기 증착 (ESD, electrostatic deposition) 및 전기영동 증착(EPD, electrophoretic deposition)을 포함하여 다양한 LED 코팅 공정이 고려되어 왔다. 스핀 코팅 또는 스프레이 코팅과 같은 공정은 통상적으로 형광체 증착 동안에 바인더 재료를 이용하지만, 다른 공정들은 형광체의 입자/파우더를 안정화시키기 위하여 그 형광체의 입자/파우더의 증착 후에 곧바로 바인더를 추가할 것을 요구한다.
이러한 접근 방식들에서, 주요 과제는 코팅 공정 후에 소자 상의 와이어 본드 패드에 접근하는 것이다. 표준 웨이퍼 제조 기술로 와이어 본드 패드에 접근하는 것은, 에폭시 또는 유리와 같은 다른 바인더 재료뿐만 아니라 통상적인 실리콘 바인딩 재료로는 어려운 일이다. 실리콘은 일부 현상제(developer)뿐만 아니라 아세톤, 및 레지스트 스트리퍼와 같은 흔히 사용되는 웨이퍼 제조 재료와 양립하지 못한다. 이는 특정 실리콘 또는 공정 단계에 대한 옵션 및 선택을 제한할 수 있다. 또한 실리콘은 흔히 사용되는 포토레지스트의 유리 전이 온도를 넘는 고온(150℃보다 큰 온도)에서 경화된다. 형광체를 갖는 경화된 실리콘 막은 에칭하기 어렵고 염소 및 CF4 플라즈마에서는 매우 낮은 에칭 속도를 가지며, 경화된 실리콘의 습식 에칭은 통상적으로 비효율적다.
본 발명은 LED 칩과 같은 반도체 소자를 웨이퍼 레벨에서 제조하는 새로운 방법을 개시하고, 이 방법을 이용하여 제조된 LED 칩 및 LED 칩 웨이퍼를 개시한다. 본 발명에 따라 발광다이오드(LED) 칩을 제조하는 한 가지 방법은, 통상적으로 기판 상에 복수의 LED를 제공하는 단계를 포함한다. LED 상에는 페데스탈(pedestal)들이 형성되는데, 이 페데스탈 각각은 LED들 중 하나와 전기적으로 접촉한다. 상기 LED 위에는 코팅이 형성되는데, 이 코팅은 페데스탈들 중 적어도 일부를 매립한다. 그런 다음, 코팅은 상기 코팅 재료의 일부는 상기 LED 상에 남기면서 동시에 상기 매립된 페데스탈들 중 적어도 일부는 노출시키면서 평탄화되어, 그 매립된 페테스탈들 중 적어도 일부를 접촉하는 것을 가능하게 한다. 본 발명은 캐리어 기판 상에 장착된 LED 플립 칩을 포함하는 LED 칩을 제조하는데 사용되는 유사한 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 유사한 방법은, 다른 반도체 소자를 제조하는데 또한 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 이용하여 제조된 발광다이오드(LED) 칩 웨이퍼의 일 실시예는, 기판 웨이퍼 상의 복수의 LED, 및 LED들 중 하나와 각각 전기적으로 접촉하는 복수의 페데스탈들을 포함한다. 코팅은 LED를 적어도 부분적으로 피복하며, 페데스탈들 중 적어도 일부는 상기 코팅을 통과하여 코딩 표면에까지 확장된다. 페테스탈들은 코팅의 표면에서 노출된다.
본 발명에 따른 방법을 이용하여 제조된 발광다이오드(LED) 칩의 일 실시예는, 기판 상의 LED, 및 LED와 전기적으로 접촉하는 페데스탈을 포함한다. 코팅은 LED를 적어도 피복하며, 페데스탈은 코팅을 통과하여 코딩 표면에까지 확장되고 코팅의 표면에서 노출된다.
본 발명의 특정 양태들에 따라, 코팅은 백색광을 발생시키기 위해 LED 칩의 활성 영역으로부터 방출된 광의 적어도 일부를 하향 변환하는 형광체의 입자들을 포함함으로써, 백색 LED 칩을 생성할 수 있다.
본 발명의 이러 저러한 양태들 및 이점들은, 후속하는 상세한 설명과 본 발명의 특징들을 예시적으로 나타내는 첨부 도면들로부터 명백해질 것이다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 방법의 제조 단계들에서의 LED 칩 웨이퍼의 일 실시예의 단면도이다.
도 2는 반사층을 갖는, 본 발명에 따른 LED 칩 웨이퍼의 다른 실시예의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 다른 방법의 제조 단계들에서의 플립 웨이퍼 본딩 LED 칩 웨이퍼의 일 실시예의 단면도이다.
도 4는 반사층을 갖는, 본 발명에 따른 LED 칩 웨이퍼의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 예비 제조 코팅을 이용하는 방법의 제조 단계들에서의 LED 칩 웨이퍼의 다른 실시예의 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 코팅에 오목부(recess)를 갖는, 본 발명에 따른 방법의 제조 단계들에서의 LED 칩 웨이퍼의 다른 실시예의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 LED 칩 웨이퍼의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 LED 칩 웨이퍼의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 LED 어레이의 일 실시예의 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 LED 어레이의 다른 실시예의 단면도이다.
도 11은 투명 기판을 갖는, 본 발명에 따른 LED 칩 웨이퍼의 일 실시예의 단면도이다.
도 12는 투명 기판을 갖는, 본 발명에 따른 LED 칩 웨이퍼의 다른 실시예의 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 플립 칩 LED 칩 웨이퍼의 다른 실시예의 단면도이다.
도 14는 형광체 로딩 캐리어 기판을 갖는 LED 칩의 다른 실시예의 단면도이다.
도 15a 내지 도 15d는 본 발명에 따른 트렌치 기판을 이용하는 방법의 제조 단계들에서의 LED 칩 웨이퍼의 다른 실시예의 단면도이다.
본 발명은 특히 LED와 같은 반도체 소자의 웨이퍼 레벨 코팅에 적용될 수 있는 제조 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 이 방법을 이용하여 제조된 LED와 같은 반도체 소자를 제공한다. 본 발명은, 다운 컨버터 층(예컨대 형광체가 로딩된 실리콘)으로 웨이퍼 레벨에서의 LED 코팅을 허용하면서, 와이어 본딩을 위한 하나 이상의 접촉부들로의 접근을 허용한다. 본 발명의 일 양태에 따라, LED가 웨이퍼 레벨에 있는 동안 LED 접촉부(본딩 패드)들 중 하나 또는 양자 모두 상에는 전기 전도성 페데스탈/기둥(pedestal/post)이 형성된다. 이 페데스탈은 전기도금, 무전해 도금, 스터드 범핑(stud bumping) 또는 진공 증착과 같은 공지된 기술들을 이용하여 제조될 수 있다. 그 다음, 웨이퍼는 다운 컨버터 코팅 층으로 블랭킷 코팅되어, LED, 접촉부 및 페데스탈을 매립할 수 있다. 페데스탈 각각은 그 접촉부의 수직형 확장부로서 기능하며, 다운 컨버터 코팅을 이용한 블링킷 코팅은 일시적으로 페데스탈을 피복하지만, 이 코팅은 페데스탈의 상부 표면 또는 상단을 노출시키도록 평탄화되고 박막화될 수 있다. 페데스탈은 원하는 최종 코팅 두께를 통과하여 돌출할 만큼 충분히 높아야 한다(10 내지 100 ㎛). 평탄화 후에 페데스탈은 와이어 본딩에 의한 것과 같은 외부 접속을 위해 노출된다. 이러한 공정은 웨이퍼 레벨에서 후속 제조 단계로서 실시되며, 개개의 LED 칩은 공지되어 있는 공정을 이용하여 웨이퍼로부터 분리/싱귤레이팅될 수 있다.
본 발명은 블랭킷 코팅 후에 와이어 본딩 패드에 접근하기 위한 복잡한 웨이퍼 제조 공정을 제거한다. 대신 간단하고 비용 효율적인 접근 방식이 이용된다. 이 방식은, 정렬할 필요가 없는 반도체 소자의 웨이퍼 레벨 코팅을 허용한다. 형광체가 로딩된 실리콘 혼합물의 스핀 코팅, 또는 실리콘 또는 다른 바인딩 재료의 블랭킷 코팅이 후속하는 형광체의 전기영동 증착과 같은, 광범위한 코팅 기술들이 이용될 수 있다. 기계적 평탄화는 웨이퍼의 두께 균일성을 허용하며, 넓은 두께 범위(예컨대, 1 내지 100 ㎛)에 대해 코팅제(coat)의 두께 균일성이 달성될 수 있다. 백색 LED 칩 색점(color point)은 반복적인 접근방식(예컨대, 그라인딩, 테스트, 그라인딩 등)을 이용하는 것을 포함하여, 최종 코팅제 두께를 제어함으로써 미세 조정될 수 있으며, 이는 비닝된 백색 LED을 가져올 것이다. 이러한 접근방식은 또한 대형 웨이퍼 크기로 스케일링 가능하다.
본 발명은 본 명세서에서 특정 실시예를 참조하여 기술되지만, 본 발명은 많은 상이한 형태로 구체화될 수 있으며, 본 명세서에 기술된 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다. 특히, 본 발명은 통상적으로 형광체가 로딩된 바인더를 포함하는 다운 컨버터 코팅("형광체/바인더 코팅")을 이용한 LED 코팅에 관하여 아래에서 기술되지만, 본 발명은 하향 변환, 보호, 광 추출 또는 산란을 위해 다른 재료로 LED를 코팅하는데 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 형광체 바인더는 산란 또는 광 추출 입자 또는 재료를 가질 수 있으며, 코팅은 전기적으로 활성일 수 있다는 것 또한 이해해야 한다. 본 발명에 따른 방법은 또한, 상이한 재료로 다른 반도체 소자를 코팅하는데 이용될 수 있다. 추가로, LED 상에는 단일 또는 복수의 코팅 및/또는 층이 형성될 수 있다. 코팅은 형광체를 포함하지 않을 수 있고, 하나 이상의 형광체, 산란 입자 및/또는 다른 재료를 포함할 수 있다. 코팅은 또한, 하향 변환을 제공하는 유기 염료와 같은 재료를 포함할 수 있다. 복수의 코팅 및/또는 층 각각은, 다른 층 및/또는 코팅과 비교하여, 상이한 형광체, 상이한 산란 입자, 투명도, 굴절율과 같은 상이한 광학적 특성, 및/또는 상이한 물리적 특성을 포함할 수 있다.
층, 영역, 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "상"에 있다고 언급되는 경우, 그 요소는 다른 요소 바로 위에 있거나 또는 개재 요소도 존재할 수도 있다는 것 또한 이해해야 한다. 또한, "내측", "외측", "상부", "위", "하부", "밑" 및 "아래"와 같은 상대적인 용어 및 그와 유사한 용어는, 본 명세서에서 하나의 층 또는 다른 영역의 관계를 기술하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에 도시된 방위와 더불어 소자의 상이한 방위를 포함하는 것으로 의도된 것임을 이해해야 한다.
제1, 제2 등과 같은 용어는 본 명세서에서 다양한 요소, 컴포넌트, 영역, 층 및/또는 섹션을 기술하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소, 컴포넌트, 영역, 층 및/또는 섹션은 이러한 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 이러한 용어들은 오직 한 요소, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션을 다른 영역, 층 또는 섹션과 구분하기 위해 사용된다. 따라서, 아래에서 논의되는 제1 요소, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션은, 본 발명의 교시에서 벗어나지 않고 제2 요소, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션이라 불릴 수도 있다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시한 단면도들을 참조하여 본 명세서에 기술된다. 그렇게 함으로써, 예컨대 결과적으로 제조 기술 및/또는 공차에 대한 실례의 형상으로부터의 변형이 예상된다. 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 예시된 영역들의 특정 형상으로 한정되는 것으로 해석해서는 안되며, 예컨대 제조 결과 생기는 형상의 편차를 포함한다. 정사각형 또는 직사각형으로 예시되거나 또는 기술되는 영역은 통상적으로, 정규 제조 공차에 기인하는 둥글거나 또는 구부러진 형상을 가질 것이다. 따라서, 도면들에 예시된 영역들은 사실상 개략적인 것이며 영역들의 형상은 소자의 영역의 정확한 형상을 예시하려고 의도된 것은 아니며 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것도 아니다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 방법을 이용하여 제조된 웨이퍼 레벨 LED 칩(10)의 일 실시예을 보여준다. 이제 도 1a를 참조하면, LED 칩(10)들은 그 제조 공정의 웨이퍼 레벨에 있는 것으로 도시되어 있다. 즉, LED 칩(10)들은, 웨이퍼로부터 개개의 LED 칩으로 분리/싱귤레이팅되기 전에 필요한 모든 단계들을 거치지 않았다. LED 칩들(10)들과 후속하는 추가 제조 단계들 사이의 분리 또는 다이싱 선을 나타내기 위해 가상 선(phantom line)이 포함되며, 도 1e에 도시된 바와 같이, LED 칩들은 개개의 소자들로 분리될 수 있다. 도 1a 내지 1e는 또한 웨이퍼 레벨에서 오직 2개의 소자만을 도시하지만, 단일 웨이퍼로부터 훨씬 더 많은 LED 칩들이 형성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예컨대, 1 밀리미터(mm) 정사각형 크기를 가진 LED 칩을 제조하는 경우에 3인치 웨이퍼 상에 최대 4500개까지의 LED 칩이 제조될 수 있다.
LED 칩(10) 각각은 상이한 방식으로 정렬되는 많은 상이한 반도체 층들을 가질 수 있는 반도체 LED(12)를 포함한다. LED의 제조 및 동작은 일반적으로 당업계에 알려져 있으며 본 명세서에는 간략하게만 설명하겠다. LED(10)의 층은 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD)을 이용하여 제조되는 것처럼 적당한 공정 프로세스를 갖는 공지된 공정을 이용하여 제조될 수 있다. LED(12)의 층은 일반적으로, 모두 기판(20) 상에 연속적으로 형성되어 있고 반대로 도핑된 제1 에피택셜 층 및 제2 에피택셜 층(16, 18) 사이에 개재된 활성 층/영역(14)을 포함한다. 이 실시예에서, LED(12)는 기판(20) 상의 별도의 소자로서 도시된다. LED들(12) 사이의 개방 영역을 형성하기 위해 활성 영역(14)과 도핑층(16, 18)의 일부를 기판(20)을 향하여 아래로 에칭되게 함으로써 이러한 분리가 달성될 수 있다. 다른 실시예에서, 아래에 더 상세히 기술되는 바와 같이, 활성층(14)과 도핑층(16, 18)은 기판(20) 상의 연속 층으로서 유지될 수 있으며, LED 칩들이 싱귤레이팅될 때 개개의 소자로 분리될 수 있다.
LED(12)에는, 광 추출 층 및 요소들뿐만 아니라, 버퍼 층, 핵생성(nucleation) 층, 접촉 층, 및 전류 확산을 포함하는 추가의 층 및 요소들이 포함될 수 있지만, 상기의 층들로 한정되는 것은 아니다. 활성 영역(14)은 단일 양자 우물(SQW, single quantum well), 복수의 양자 우물(MQW, multiple quantum well), 이중 헤터로 구조물 또는 초격자(super lattice) 구조물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 에피택셜 층(16)은 n-타입 도핑층이고, 제2 에피택셜층(18)은 p-타입 도핑층이지만, 다른 실시예에서는 제1 층(16)이 p-타입 도핑될 수 있고, 제2 층(18)은 n-타입 도핑될 수 있다. 이후부터 제1 에피택셜 층 및 제2 에피택셜 층(16, 18) 각각은 n-타입 층 및 p-타입 층으로 각각 언급된다.
LED(12)의 영역(14)과 층들(16, 18)은 상이한 재료계(material system)로부터 제조될 수 있는데, 바람직한 재료계는 III족 질화물 기반의 재료계이다. III족 질화물은 질소와, 통상적으로 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 인듐(In)과 같은 주기율표의 III족에 있는 원소 사이에 형성된 반도체 화합물을 말한다. 이 용어는 또한, 알루미늄 갈륨 질화물(AlGaN)과 알루미늄 인듐 갈륨 질화물(AlInGaN)과 같은 3원 및 4원 화합물을 말한다. 바람직한 실시예에서, n-타입 층 및 p-타입 층(16, 18)은 갈륨 질화물(GaN)이며, 활성 영역(14)은 InGaN이다. 대안적인 실시예에서, n-타입 및 p-타입 층(16, 18)은 AlGaN, 알루미늄 갈륨 비소(AlGaAs) 또는 알루미늄 갈륨 인듐 비소 인화물(AlGaInAsP)일 수 있다.
기판(20)은 사파이어, 실리콘 탄화물, 알루미늄 질화물(AlN), GaN과 같은 많은 재료로 만들어 질 수 있은데, 적합한 기판은 실리콘 탄화물의 4H 폴리타입이지만, 3C, 6H 및 15R 폴리타입을 포함하는 다른 실리콘 탄화물 폴리타입 또한 사용될 수 있다. 실리콘 탄화물은 사파이어보다 결정 격자가 III족 질화물에 더 잘 매치되는 것과 같은 특정한 이점을 가지며, 고품질의 III족 질화물 막을 가져올 수 있다. 또한 실리콘 탄화물은 열전도율이 매우 높아 실리콘 탄화물 상의 III족 잘화물 소자의 총 출력 전력은, (사파이어 상에 형성된 일부 소자의 경우에서와 같은) 기판의 열 소산(thermal dissipation)에 의해 제한받지 않는다. SiC 기판은 노스 캐롤라이나 더럼 소재의 Cree Research, Inc로부터 입수할 수 있으며, 이러한 기판을 제조하는 방법은 미국특허 제34,861호, 제4,946,547호 및 제5,200,022호뿐만 아니라 과학 문헌에도 기술되어 있다. 예시된 실시예에서, 기판(20)은 웨이퍼 레벨에 있으며, 복수의 LED(12)가 웨이퍼 기판(20) 상에 형성되어 있다.
LED(12) 각각은 제1 및 제2 접촉부(22, 24)를 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, LED는 기판(20) 상의 제1 접촉부(22) 및 p-타입 층(18) 상의 제2 접촉부(24)를 갖는 수직형 기하구조를 갖는다. 제1 접촉부(22)는 기판 상에 하나의 층으로서 도시되었지만, LED 칩들이 웨이퍼로부터 싱귤레이팅될 때, 각각의 LED 칩(10)이 제1 접촉부(22) 중 자기 자신의 부분을 갖도록, 이 제1 접촉부(22) 또한 분리될 것이다. 제1 접촉부(22)에 인가된 전기 신호는 n-타입 층(16)으로 확산되며, 제2 접촉부(24)에 인가된 신호는 p-타입 층(18)으로 확산된다. III족 질화물 소자의 경우, 얇은 반투명 전류 확산 층이 통상적으로 p-타입 층(18)의 일부 또는 전부를 피복한다는 것은 잘 알려져 있다. 제2 접촉부(24)는, 통상적으로 백금(Pt)과 같은 금속 또는 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 투명 전도성 산화물인 이와 같은 층을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이후부터, 제1 및 제2 접촉부(22, 24)는 n-타입 접촉부 및 p-타입 접촉부로서 각각 언급된다.
본 발명에는 또한, 양 접촉부가 LED의 상단에 있는 측면 기하구조를 가진 LED가 사용될 수 있다. p-타입 층(18)과 활성 영역의 일부는, n-타입 층(16) 상의 접촉 메사(mesa)를 노출시키기 위해 에칭과 같은 기술에 의해 제거된다. 활성 영역(14)과 p-타입 층(18)의 제거된 부분의 경계는 수직 가상선(25)으로 표시된다. n-타입 층(16)의 메사 상에는 제2 측면 n-타입 접촉부(26)(역시 가상으로 도시됨) 가 제공된다. 접촉부들은 알려진 증착 기술을 이용하여 증착된 알려진 재료를 포함할 수 있다.
이제 도 1b를 참조하면, 본 발명에 따라, LED(12)의 코팅 후에 p-타입 접촉부(24)와의 전기적 접촉을 만드는데 이용되는 p-타입 접촉 페데스탈(28)이 p-타입 접촉부(24) 상에 형성된다. 페데스탈(28)은 많은 상이한 전기 전도성 재료로 형성될 수 있으며, 전기 도금, 무전해 도금, 또는 스터드 범핑과 같은 많은 상이한 공지된 물리적 또는 화학적 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있는데, 바람직한 접촉 페데스탈은 금(Au)이며, 스터드 범핑을 이용하여 형성된다. 이 방법은 통상적으로 가장 쉬우면서 가장 비용 효율적인 접근 방식이다. 페데스탈(28)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 또는 인듐 또는 이들의 조합과 같은 Au 외의 다른 전도성 재료로 만들어질 수 있다.
스터드 범프를 형성하는 공정은 일반적으로 공지되어 있으며, 본 명세서에서는 간략하게만 설명하겠다. 스터드 범프는 종래의 와이어 본딩에서 사용되는 "볼 본딩" 공정을 수정함으로써 접촉부(본드 패드) 상에 배치된다. 볼 본딩에서, 본드 와이어의 팁(tip)이 용해되어 구를 형성한다. 와이어 본딩 도구는 기계적 힘, 열 및/또는 초음파 에너지를 가하면서 이 구를 접촉부에 대해 압착하여 금속 접속부를 생성한다. 다음으로, 와이어 본딩 도구는, 보드, 기판 또는 리드 프레임 상의 접속 패드에까지 금 와이어를 연장하고, 그 패드에 대한 "스티치" 본드를 만들며, 다른 사이클을 시작하기 위해 그 본드 와이어를 끊어 마무리한다. 스터드 범핑에 대해, 제1 볼 본드가 기술된 바와 같이 만들어지며, 그 다음 와이어가 볼 위의 가까이에 서 끊어진다. 결과의 금 볼, 즉 "스터드 범프"는 접촉부 상에 남게 되며 하부 접촉부 금속으로의 영구적이고 신뢰할 수 있는 접속을 제공한다. 그 다음, 스터드 범프는 기계적 압력에 의해 평탄하게 (또는 "압인가공(coined)") 되어 더욱 평탄한 상부 표면과 더욱 균일한 범프 높이를 제공할 수 있으며, 동시에 임의의 남아있는 와이어를 볼 쪽으로 가압한다.
페데스탈(28)의 높이는 형광체가 로딩된 바인더 코팅의 원하는 두께에 따라 변할 수 있으며, LED로부터 형광체가 로딩된 바인더 코팅의 상부 표면 위로 확장되거나 또는 그에 매치될 만큼 충분히 높아야 한다. 이 높이는 200 ㎛를 초과할 수 있는데, 통상적인 페데스탈의 높이는 20 내지 60㎛의 범위이다. 일부 실시예에서, 하나보다 많은 스터드 범프가 적층되어 원하는 페데스탈의 높이를 달성할 수 있다. 스터드 범프 또는 다른 형태의 페데스탈(28)은 또한 반사층을 가질 수 있거나, 또는 반사 재료로 만들어져 광 손실을 최소화할 수 있다.
도시된 수직형 기하구조 타입의 LED(12)에 대해, p-타입 접촉부(24)를 위해서는 오직 하나의 페데스탈(28)이 필요하다. 대안적인 측면 기하구조의 LED에 대해서는, 제2 n-타입 페데스탈(30)(가상으로 도시됨)이 측면 기하구조의 n-타입 접촉부(26) 상에 형성되는데, 통상적으로 p-타입 페데스탈(28)과 동일한 재료로, 실질적으로 동일한 높이로, 동일한 공정을 이용하여 형성된다.
이제 도 1c를 참조하면, 웨이퍼는, 각각의 LED(12) 및 그것의 접촉부(22)를 피복하고 페데스탈(28)을 피복하고/매립할 정도의 두께를 갖는 형광체/바인더 코팅(32)에 의해 뒤덮힌다. 측면 기하구조의 소자에 대해, 접촉부(26) 및 페데스 탈(30) 또한 매립된다. 본 발명은, 특정 소자 또는 특징부(feature)에 대해 정렬할 필요없이 웨이퍼 레벨에서 LED(12) 위로 형광체 코팅을 증착하는 이점을 제공한다. 대신에, 전체 웨이퍼가 피복되며, 이는 더욱 간단하고 더욱 비용 효과적인 제조 공정을 제공한다. 스핀 코팅, 전기영동 증착, 정전기 증착, 프린팅, 제트 프린팅, 또는 스크린 프린팅과 같은 상이한 공정들을 이용하여 형광체 코팅이 도포될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 형광체는 스핀 코팅을 이용하여 형광체/바인더 혼합물로 웨이퍼 위에 증착될 수 있다. 스핀 코팅은 일반적으로 당업계에 공지되어 있으며, 일반적으로 원하는 양의 바인더와 형광체의 혼합물을 기판의 중심에서 증착하고 그 기판을 고속으로 스피닝하는 것을 포함한다. 원심력(원심 가속도)는 그 혼합물로 하여금 기판으로 확산되어 종국에는 기판의 가장자리까지 확산되기 한다. 최종적인 층 두께와 다른 특성들은 혼합물의 특징(점성, 건조 속도, 형광체의 퍼센티지, 표면 장력 등) 및 스핀 공정을 위해 선택된 파라미터에 의존한다. 대형 웨이퍼의 경우, 기판을 고속으로 스피닝하기 전에 기판 위로 형광체/바인더 혼합물을 분배하는 것이 유용할 수 있다.
다른 실시예에서, 형광체는 공지되어 있는 전기 영동 증착법을 이용하여 웨이퍼 상에 증착된다. 웨이퍼 및 웨이퍼의 LED는 소정의 액체 내에 부유하는 형광체 입자들을 함유하는 용액에 노출된다. 이 용액과 LED 사이에는 전기적 신호가 인가되어 전기장을 발생시키고, 이 전기장은 형광체 입자로 하여금 LED로 이동하여 그 위에 증착되게 한다. 이 공정은 통상적으로 LED 위에 뒤덮인 형광체를 분말 형태로 둔다. 그 다음, 코팅(32)을 형성하기 위해 바인더는, 바인더 내에 가라앉아 있는 형광체 입자들을 갖는 형광체 위로 증착될 수 있다. 바인더 코팅은 공지되어 있는 많은 방법들을 이용하여 도포될 수 있으며, 일 실시예에서, 바인더 코팅은 스핀 코팅을 이용하여 도포된다.
그 다음, 형광체/바인더 코팅(32)은, 사용된 바인더의 종류와 같은 상이한 인자에 따라 많은 상이한 경화 방법을 이용하여 경화될 수 있다. 상이한 경화 방법들은 열경화, 자외선(UV) 경화, 적외선(IR) 경화, 공기 경화를 포함하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.
이들로 한정되는 것은 아니지만, 형광체 입자의 크기, 형광체 로딩 퍼센티지, 바인더 재료의 종류, 형광체의 종류와 발광의 파장 간의 매치율, 및 형광체/바인딩 층의 두께를 포함하는 상이한 인자들이 최종 LED 칩의 형광체/바인더 코팅에 의해 흡수될 LED 광량을 결정한다. 이들 상이한 인자들은 본 발명에 따른 LED 칩의 방출 파장을 제어하기 위해 제어될 수 있다.
바인더를 위해 상이한 재료들이 사용될 수 있는데, 경화 후에도 강건(robust)하고 가시적 파장 스펙트럼에서 실질적으로 투명한 재료가 바람직하다. 적당한 재료는, 실리콘, 에폭시, 유리, 스핀 온 유리(spin-on glass), BCB, 폴리이미드 및 중합체를 포함하는데, 고전력 LED에서의 높은 투명도와 신뢰성 때문에 실리콘이 바람직한 재료이다. 적당한 페닐 기반의 실리콘 및 메틸 기반의 실리콘은 Dow® Chemical로부터 상업적으로 입수할 수 있다. 다른 실시예들에서, 바인더 재료는, 인덱스가 칩(반도체 재료) 및 성장 기판과 같은 특징부와 매치되도록 처리될 수 있으며, 이는 내부 전반사(TIR, total internal reflection)를 감소킬 수 있고 광 추출을 개선할 수가 있다.
본 발명에 따라 코팅(32)에는 많은 상이한 형광체가 사용될 수 있다. 본 발명은, 특히 백색광을 방출하는 LED 칩에 적합하다. 본 발명에 따른 일 실시예에서, LED(12)는 청색 파장 스펙트럼의 광을 방출하며, 형광체는 그 청색광 중 일부를 흡수하고 황색광을 재방출한다. LED 칩(10)은 청색광과 황색광이 결합된 백색광을 방출한다. 일 실시예에서, 형광체는 상업적으로 입수할 수 있는 YAG:Ce를 포함하지만, Y3Al5O12:Ce (YAG)와 같은 (Gd,Y)3(Al,Ga)5O12:Ce계 기반의 형광체로 만들어진 변환 입자를 이용하는 전 범위의 광범위한 황색 스펙트럼 방출이 가능하다. 백색 발광 LED 칩에 사용될 수 있는 다른 황색 형광체로는,
Tb3-xRExO12:Ce(TAG); RE=Y, Gd, La, Lu; 또는
Sr2-x-yBaxCaySiO4:Eu가 있다.
상이한 백색조(white hue)(온백색)의 보다 높은 CRI 백색을 위해 제1 형광체와 제2 형광체, 즉 황색 형광체와 적색 형광체가 결합될 수 있다. 이하의 것들을 포함하여 상이한 적색 형광체들이 사용될 수 있다:
SrxCa1-xS:Eu, Y; Y=할로겐화물(halide);
CaSiAlN3:Eu; 또는
Sr2-yCaySiO4:Eu.
다른 형광체를 사용하여 실질적으로 모든 광을 특정 색으로 변환함으로써 포화색 방출을 만들어낼 수 있다. 예컨대, 아래의 형광체들을 사용하여 녹색 포화 광을 발생시킬 수 있다:
SrGa2S4:Eu;
Sr2-yBaySiO4:Eu; 또는
SrSi2O2N2:Eu.
다른 물질도 사용될 수는 있지만, LED 칩(10)의 변환 입자로서 사용되는 몇몇 추가의 적당한 형광체를 아래에 열거하였다. 각각은 청색 및/또는 UV 방출 스펙트럼에서의 여기(excitation)를 나타내고, 바람직한 피크 방출을 제공하며, 효율적인 광 변환을 갖고, 수용 가능한 스토크스 이동(Stokes shift)을 갖는다.
황색/녹색
(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu2+
Ba2(Mg,Zn)Si2O7:Eu2+
Gd0.46Sr0.31Al1.23OxF1.38:Eu2+ 0.06
(Ba1-x-ySrxCay)SiO4:Eu
Ba2SiO4:Eu2+
적색
Lu2O3:Eu3+
(Sr2-xLax)(Ce1-xEux)O4
Sr2Ce1-xEuxO4
Sr2-xEuxCeO4
SrTiO3:Pr3+,Ga3+
CaAlSiN3:Eu2+
Sr2Si5N8:Eu2+
상이한 크기의 형광체 입자들, 예컨대 10-100 나노미터(nm) 크기의 입자들 내지 20-30㎛ 크기의 입자들, 또는 그 이상의 크기의 입자들이 사용될 수 있지만, 이러한 크기들로 한정되는 것은 아니다. 통상적으로 더 작은 크기의 입자가 더 큰 크기의 입자보다 색을 더 잘 산란시키고 혼합하여 더욱 균일한 광을 제공한다. 통상적으로 큰 입자들은 작은 입자들과 비교하여 광 변환시 더욱 효율적이지만, 덜 균일한 광을 방출한다. 일 실시예에서, 입자 크기는 2-5㎛ 범위이다. 다른 실시예에서, 코팅(32)은 상이한 종류의 형광체를 포함할 수 있거나, 단색 또는 다색 광원을 위한 다중 형광체 코팅을 포함할 수 있다.
코팅(32)은 또한, 바인더 내에 형광체 재료의 상이한 농도 또는 상이한 로딩을 가질 수 있는데, 통상적인 농도는 중량으로 30 내지 70% 범위이다. 일 실시예에서, 형광체 농도는 중량으로 약 65%이며, 바람직하게 바인더 전반에 균일하게 분산된다. 또 다른 실시예에서, 코팅은 상이한 농도를 갖는 종류의 형광체의 복수의 층들을 포함하거나 또는 제1 클리어 실리콘 코팅제가 증착되고 후속하여 형광체 로딩 층이 증착될 수 있다.
전술한 바와 같이, 페데스탈(28) (및 측면 소자용 페데스탈(30))은 코팅(32)에 의해 매립되는데, 이는 LED 칩(10)이 정렬될 필요없이 코팅될 수 있도록 허용한다. LED 칩의 초기 코팅 후, 페데스탈(28)을 노출시키기 위한 추가 공정이 필요하다. 이제 도 1d를 참조하면, 페데스탈(28)이 코팅의 상부 표면을 통해 노출되도록, 코팅(32)은 박막화되거나 또는 평탄화된다. 바인더가가 경화된 후, 그라인딩, 랩핑(lapping) 또는 폴리싱(polishing)과 같은 알려진 기계적 공정을 포함하여 많은 상이한 박막화 공정이 이용될 수 있다. 다른 제조 방법들은 경화되기 전에 코팅을 박막화 하기 위해 스퀴지(squeegee)를 포함하거나, 또는 그 코팅이 경화되기 전에 가압 평탄화가 또한 이용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 물리적 또는 화학적 에칭 또는 박리(ablation)를 이용하여 코팅이 박막화 될 수 있다. 이 박막화 공정은 페데스탈을 노출시킬 뿐만 아니라, 코팅의 평탄화 및 코팅의 최종 두께의 제어를 허용한다.
평탄화에 후속하여, 코팅의 제곱 평균 제곱근 표면 거칠기(roughness)는 대략 10 nm이하가 되어야 하지만, 표면은 다른 표면 거칠기 측정치를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 표면은 평탄화 중에 텍스처링 될 수 있다. 다른 실시예에서, 평탄화 후에 코팅 또는 다른 표면은, 레이저 텍스처링, 기계적 성형, 에칭(화학적 또는 플라즈마), 또는 다른 공정과 같은 것을 이용하여 텍스처링되어, 광 추출을 향상시킬 수 있다. 텍스처링 결과, 표면 특징부는 0.1-5㎛, 바람직하게는 0.2-1㎛ 높이 또는 깊이를 갖는다. 다른 실시예에서, LED(12)의 표면 또한, 광 추출을 향상시키기 위하여 텍스처링 또는 성형될 수 있다.
이제 도 1e를 참조하면, 개개의 LED 칩(10)은, 다이싱, 스크라이브 및 절단, 또는 에칭과 같은 공지되어 있는 방법을 이용하여 웨이퍼로부터 싱귤레이팅될 수 있다. 싱귤레이팅 공정은 LED 칩(10) 각각을 실질적으로 동일한 두께의 코팅(32)을 갖도록, 결과적으로 실질적으로 동일한 양의 형광체 및 방출 특성을 갖도록 분리한다. 이는 유사한 방출 특성을 갖는 LED 칩(10)의 신뢰할 수 있고 일관된 제조를 허용한다. 싱귤레이팅에 후속하여, LED 칩은 형광체를 첨가하는 추가 공정의 필요없이, 패키지 내에 장착되거나 또는, 서브마운트 또는 인쇄 회로 기판(PCB)에 장착될 수 있다. 일 실시예에서, 패키지/서브마운트/PCB는, 페데스탈이 리드에 전기적으로 접속되는 종래의 패키지 리드를 가질 수 있다. 그 다음, LED 칩 및 전기 접속부 주위에 캡슐화(encapsulation)가 진행된다. 다른 실시예에서, LED 칩은 대기압에서 또는 대기압 아래에서 LED 칩을 둘러싸는 불활성 분위기(inert atmosphere)로 밀폐하여 밀봉된 커버에 의해 둘러싸여질 수 있다.
LED 칩(10)에 대해, 기판(20)을 향해 방출되는 LED(12)로부터의 광은, 형광체/바인더 코팅(32)을 통과하지 않고 기판을 통해 LED 칩(10) 밖으로 전달될 수 있 다. 이는 광의 특정한 색 또는 색조를 발생시키기 위해 수용될 수 있다. 이러한 기판 발광이 방지되거나 또는 최소화되는 실시예에서, LED(12)로부터 기판(20)을 향해 방출되는 광이 차단 또는 흡수되어, LED 칩(10)으로부터 방출되는 대부분의 광이 코팅(32)을 통과하는 광으로부터 비롯될 수 있도록, 기판(20)은 불투명할 수 있다.
도 2는 도 1a 내지 1e에 도시되어 있고 상술되어 있는 LED 칩(10)과 유사하지만, LED 칩(40)의 상단을 향하는 LED 칩 광의 방출을 촉진하고 광이 기판(20)으로 향하는 것을 최소화하기 위한 추가의 특징부를 갖는, LED 칩(40)의 다른 실시예를 도시한다. LED 칩(10)에 있는 것들과 유사한 특징부들에 대해, 동일한 참조번호가 본 명세서에서 사용될 것이다. LED 칩(40) 각각은, 기판(20) 상에 연속적으로 형성되어 있는 n-타입 층(16), 활성 영역(14), 및 p-타입 층(18)을 갖고 기판(20) 상에 형성되어 있는 LED(12)를 포함한다. LED 칩(40)은 n-타입 접촉부(22), p-타입 접촉부(24), p-타입 페데스탈(28), 및 코팅(32)을 더 포함한다. 코팅(32)은 페데스탈(28)을 노출시키기 위해 평탄화된다. LED 칩(40)은 대안적으로 추가 페데스탈(30)을 갖는 측면 기하구조를 가질 수 있다.
LED 칩(40)은 또한, 활성 영역으로부터 기판(20)을 향해 방출되고 다시 LED 칩(40)의 상단을 향해 방출되는 광을 반사시키도록 구성되는 반사 층(42)을 포함한다. 이러한 반사 층(42)은, 기판(20)을 통과하는 것과 같이 LED 칩(40)으로부터 방출되기 전에 종래의 재료를 통과하지 않는 LED(12)로부터의 광의 방출은 감소시키고 LED 칩(40)의 상단을 향하는 코팅(32)을 통한 광의 방출은 촉진시킨다.
반사 층(42)은 상이한 방식으로, LED 칩(40)의 상이한 위치에 배치될 수 있는데, 층(42)은 n-타입 층(16)과 기판(20) 사이에 배치된 것으로 도시되어 있다. 층은 또한 LED 칩(12)의 수직형 에지를 너머 기판(20) 상에서 확장될 수 있다. 다른 실시예에서, 반사 층은 오직 n-타입 층(16)과 기판 사이에만 존재한다. 층(42)은, 분산형 브래그 반사기(DBR, distributed Bragg reflector)와 같은 금속 또는 반도체 반사기를 포함하는 상이한 재료들을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 활성 영역(14)과 n-타입 및 p-타입층(16, 18)은 LED들(12) 사이의 가상선으로 도시된 바와 같이 기판(20) 상의 연속층일 수 있다. 이러한 실시예에서, LED는, LED 칩(50)이 싱귤레이팅되는 단계까지 분리되지 않는다. 이에 따라, 결과의 LED 칩은 LED의 상부 표면 위의 코팅(32) 층을 가질 수 있다. 이는 LED(12)의 측면의 바깥으로 활성 영역 광의 방출을 허용하지만, 주위의 특징부들에 관하여 이러한 LED를 이용하는 실시예에서, 형광체의 재료와 직면하지 않는 광의 방출은 형광체의 재료를 통과하는 광의 양과 비교하여 최소화될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 다른 상이한 소자 및 LED를 코팅하는데 이용될 수 있다. 도 3a 내지 3e는 전술한 도 1a 내지 도 1e에 도시된 LED 칩(10)과 상이한 구조를 갖는 상이한 LED 칩(60)을 도시한다. 먼저 도 3a를 참조하면, LED 칩(60) 또한 웨이퍼 레벨에 있으며, 싱귤레이팅 전의 상태가 도시되어 있다. LED 칩(60)은 성장 기판 상에 있지는 않지만 대신 캐리어 기판(64)에 플립 웨이퍼 본딩된 LED(62)를 포함한다. 이 실시예에서, 성장 기판은 도 1a 내지 도 1e의 성장 기판(20)을 위해 전술한 재료를 포함할 수 있지만, 이 실시예에서 성장 기판은 플립 웨이퍼 본딩 후에 (또는 전에), 공지되어 있는 그라인딩 및/또는 에칭 공정을 이용하여 제거된다. LED(62)는, 통상적으로 하나 이상의 본드/금속 층이고, 또한 자신에게 입사하는 광을 반사시키는 역할을 하는 층(66)에 의해 캐리어 기판(64)에 장착된다. 다른 실시예에서, 성장 기판 또는 이것의 적어도 일부는 그대로 남아 있다. 성장 기판 또는 남아 있는 부분은 LED(62)로부터의 광 추출을 향상시키기 위해 성형 또는 텍스처링될 수 있다.
LED를 위해 많은 상이한 재료계가 이용될 수 있는데, 바람직한 재료계는 전술한 공지의 공정들을 이용하여 성장된 III족 질화물 재료계이다. 도 1 내지 5의 LED(12)와 마찬가지로, LED(62) 각각은 일반적으로, n-타입 에픽택셜 층(70)과 p-타입 에피택셜층(72) 사이에 개재된 활성 영역(68)을 포함하지만, 다른 층 또한 포함될 수 있다. LED(62)가 플립 웨이퍼 본딩되기 때문에, 최상위 층은 n-타입 층(70)이고, p-타입 층(72)은 활성 영역(68)과 본드/금속 층(66) 사이에 배치된 최하위 층이다. 캐리어 기판은 많은 상이한 공지의 재료로 형성될 수 있으며, 적당한 재료는 실리콘이다.
수직형 기하구조의 LED 칩(60)에 대해, n-타입 접촉부(74)는 LED 각각의 상부 표면 상에 포함될 수 있고, p-타입 접촉부(76)는 캐리어 기판(64) 상에 형성될 수 있다. n-타입 및 p-타입 접촉부(74, 76) 또한, 전술한 도 1a 내지 1e에 도시된 제1 및 제2 접촉부(22, 24)와 유사한, 공지된 기술을 이용하여 증착된 종래의 전도 성 재료로 만들어질 수 있다. 또한 전술한 바와 같이, LED는 LED의 상단 위에 n-타입 및 p-타입 접촉부를 가진 측면 기하구조를 가질 수 있다.
이제 도 3b를 참조하면, LED 칩(60) 각각은 자신의 제1 접촉부(70) 상에 형성된 페데스탈(78)을 가질 수 있으며, 각각의 페데스탈은 도 1b 내지 1e의 페데스탈(28)에 대해 전술한 것과 동일한 방법을 이용하여 동일한 재료로 형성된다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 그 다음 LED 칩 웨이퍼는, 바람직하게 형광체가 로딩된 바인더를 포함하는 블랭킷 코팅(80)에 의해 피복될 수 있다. 전술한 도 1c 내지 1e에 도시된 코팅(32)에 대한 것과 동일한 형광체 및 바인더가 사용될 수 있으며, 동일한 방법을 이용하여 증착될 수 있다. 코팅(80)은 LED(62), LED(62)의 제1 접촉부(74) 및 페데스탈(78)을 피복 및 매립하고, 코팅(80)은 정렬 단계 없이 증착된다.
이제 도 3d를 참조하면, 전술한 방법을 이용하여 페테스탈(78)을 노출시키고 코팅(80)의 두께를 제어하기 위하여 코팅(80)은 평탄화되거나 또는 박막화될 수 있다. 이제 도 3e를 참조하면, 개개의 LED 칩(60)은 전술한 방법을 이용하여 웨이퍼로부터 싱귤레이팅될 수 있다. 그 다음, 이러한 소자들은 서브마운트 또는 PCB에 패키징되거나 또는 장착될 수 있다. 다른 실시예에서, 캐리어 기판이 제거될 수 있고, 그러면 서브마운트 또는 PCB에 패키징되거나 또는 장착될 수 있는 코팅된 LED가 남게 된다.
플립 웨이퍼 본딩된 LED는 또한, 원하는 방향으로의 발광을 촉진하기 위해 반사성 소자 또는 층을 가질 수 있다. 도 4는 전술한 도 3a 내지 3e에 도시된 LED 칩(60)과 유사한 웨이퍼 레벨의 LED 칩(90)을 도시한다. 본 명세서에서 유사한 특징부에 대해 동일한 참조번호가 사용되며, LED 칩(90)이 수직형 기하구조의 LED(62)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 측면 기하구조의 LED 또한 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. LED 칩(90)은 캐리어 기판 또는 성장 기판일 수 있는 기판(64)에 장착된 LED(62)를 포함한다. LED(62) 각각은 전술한 바와 같이 활성 층(68), n-타입 층(70), p-타입 층(72), p-타입 접촉부(76), n-타입 접촉부(74), 및 페데스탈(78)을 포함하며, 형광체가 로딩된 바인더 코팅(80)은 전술한 바와 같이 LED 위에 형성된다. 그러나, 이 실시예에서, 반사층(92)이 LED(62)와 기판(64) 사이에 포함되며, 반사층(92)은 DBR과 같은 고반사성 금속 또는 고반사성 반도체 구조를 포함할 수 있다. 반사층(92)은 기판(64)을 향해 방출되는 LED광을 반사하고, 광이 기판을 통과하는 것을 방지하는데 도움을 주는데, 여기서 광의 적어도 일부는 기판(64)에 의해 흡수될 수 있다. 이는 또한 LED 칩(90)으로부터 LED 칩(90)의 상단을 향하는 발광을 촉진한다. 특히 기판(64)이 캐리어 기판인 실시예에서는 반사층 아래에 또는 다른 위치에 본드/금속 층(도시 안됨) 또한 포함될 수 있다는 것이 이해될 것이다. LED 칩(90)은 아래의 층으로의 옴 접촉(ohmic contact)을 촉진하기 위하여 p-타입 층(72)에 인접한 p-접촉 층 또한 포함할 수 있다.
도 5a 내지 5d는 전술한 도 3a 내지 3e에 도시된 LED 칩(60)과 유사한, 본 발명에 따라 제조된 LED 칩(100)의 다른 실시예를 도시한다. 그러나, 이 방법 또한, 전술한 도 1a 내지 도 1e에 도시된 실시예와 같은 비 플립 웨이퍼 본딩 실시예에 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 먼저 도 5a를 참조하면, LED 칩(100)은, 이러한 경우 캐리어 기판인 기판(64)에 장착된 수직형 LED(62)를 포함한다. 측면 LED 또한 전술한 바와 같이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. LED(62) 각각은 전술한 바와 같이 활성 층(68), n-타입 층(70), p-타입 층(72), p-타입 접촉부(76), n-타입 접촉부(74) 및 페데스탈(78)을 포함한다. 그러나, LED 칩(100)은 전술한 재료로 만들어진 바인더에 고정된, 또한 전술한 형광체(및 기타 다른물질) 재료를 가질 수 있는 미리 제조된 코팅 층(102)에 의해 피복된다.
이제 도 5b를 참조하면, 컨포멀(conformal) 코팅을 제공하기 위해, 층(102)이 LED(62) 및 LED(62)의 페데스탈(78) 위에 배치되어 이들을 피복한다. 일 실시예에서, 본딩 재료가 부착을 위해 층(102)과 LED 칩(100) 사이에 포함될 수 있으며, 통상적인 접착제로는 실리콘이나 또는 에폭시가 이용된다. 컨포멀 코팅을 더 촉진하기 위해서, 층(102)이 가열되거나, 또는 층(102)을 LED 칩(100) 위로 끌어내리기 위해 진공 상태가 가해질 수 있다. 층(102)은 또한, 층(102)이 LED 칩에 더욱 용이하게 합치되도록 바인더가 완전히 경화되지 않은 상태에서 제공될 수 있다. 층(102)의 컨포멀 배치에 후속하여, 바인더는 자신의 최종 경화를 위해 노출될 수 있다.
이제 도 5c를 참조하면, 층(102)은 페데스탈(78)을 노출시켜 그 페테스탈(78)들을 접촉에 이용 가능하게 만들기 위하여 전술한 방법을 이용하여 평탄화될 수 있다. 그 다음, 도 5d에 도시된 바와 같이, LED 칩(100)은 전술한 방법을 이용하여 싱귤레이팅될 수 있다.
LED 칩(100)에 대한 제조 방법은, 층(102)의 두께를 제어함으로써 형광체/바 인더의 두께가 정확하게 제어되도록 허용한다. 이 방법은 또한, LED 칩(130)의 상이한 원하는 방출 특성을 위해 상이한 층 두께와 조성의 이용을 허용한다.
도 6a 내지 6c는 LED 칩(60)과 유사한, 본 발명에 따른 LED 칩(110)의 또 다른 실시예를 도시한다. 먼저 도 6a를 참조하면, LED 칩(110) 각각은, 캐리어 기판 또는 성장 기판인 기판(64)에 장착된 수직형 LED(62)를 갖는다. LED(62) 각각은 전술한 바와 같이 활성 층(68), n-타입 층(70), p-타입 층(72), p-타입 접촉부(76), n-타입 접촉부(74) 및 페데스탈(78)을 포함한다. 전술한 재료로 만들어진 코팅(112)은 LED(62) 위에 포함되어 페데스탈(78)을 매립한다.
도 6b를 참조하면, 이 실시예에서, 코팅(112)은 페데스탈(78)을 노출시키기 위해 평탄화되지 않는다. 대신 코팅은 페데스탈보다 높은 레벨에서 유지되며, 페데스탈(78)을 매립하는 코팅(112)의 일부가 제거되어, 코팅(112) 내에 오목한 부분(114)이 남는다. 페데스탈(78)은 접촉을 위해 이 오목한 부분(114)을 통해 노출된다. 종래의 패터닝 또는 에칭 공정과 같은, 코팅을 제거하는데 이용될 수 있는 많은 상이한 방법들이 이용될 수 있다. 이제 도 6c를 참조하면, 그 다음, LED 칩(110)은 전술한 방법을 사용하여 싱귤레이팅될 수 있다.
오목한 부분(114)을 형성하기 위한 이러한 방법은, 코팅(112)의 평탄화와 함께 사용될 수 있다. 층(112)은, LED 칩(110)의 원하는 방출 특성을 제공하는 레벨로 평탄화될 수 있으며, 페데스탈(78) 위에 존재할 수 있다. 그 다음, 오목한 부분(114)이 페데스탈에 접근하도록 형성될 수 있다. 이는 페데스탈을 코팅보다 낮은 감소된 높이로 형성하는 것을 허용하며, 이는 페데스탈(78)을 형성하는 것과 관련 된 제조 비용을 절감할 수 있다. 이 공정은 오목한 부분 형성과의 약간의 정렬을 필요로 할 수 있지만, 코팅(112)은 여전히 정렬이 필요없이 도포된다.
상기 LED 칩 실시예에서의 페데스탈은, Au, Cu, Ni 또는 In과 같은 전도성 재료를 포함하는 것으로 기술되고, 바람직하게는 스터드 범핑 공정을 이용하여 형성된다. 대안적으로, 페데스탈은 상이한 재료로 만들어질 수 있으며 상이한 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 도 7은 캐리어 기판(124) 상에 플립 웨이퍼 본딩된 LED(122)를 포함하는, LED 칩(120)의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 페데스탈(136)은 일반적으로 페데스탈(136)의 형상으로 형성된 반도체 재료(138)를 포함한다. 반도체 재료(138)는 제1 접촉부 상에 있을 수 있거나, 또는 도시된 바와 같이 제1 에피택셜 층(130) 상에 있을 수 있다. 전도성 재료의 페데스탈 층(140)은 반도체 재료(138)의 상부 표면 상에 포함되고 제1 에피택셜 층(130)의 상부 표면에까지 연장되어 n-타입 접촉부를 형성한다.
반도체 재료(138)는 많은 상이한 방식으로 형성될 수 있으며, LED 에피택셜층을 구성하는 재료 또는 예컨대 GaN, SiC, 사파이어, Si 등과 같은 성장 기판 재료와 같은 많은 상이한 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 반도체 재료(138)는 에피택셜층으로부터 에칭된 다음, 페데스탈 층(162)으로 코팅될 수 있다. 다른 실시예에서, 성장 기판을 LED(122)로부터 제거하는 동안 성장 기판의 일부가 에피택셜 층 상에 남아 있을 수 있다. 그 다음, 남아 있는 성장 기판 일부는 페데스탈 층(140)에 의해 피복될 수 있다.
도 8은 여전히 도 7의 LED 칩(120)과 유사한 웨이퍼 형태의 LED 칩(150)의 다른 실시예를 도시하는데, 여기서 유사한 특징부에 대해서는 동일한 참조 번호가 사용된다. LED 칩(150)은 본드/금속 층(126)에 의해 캐리어 기판(124) 상에 플립 웨이퍼 본딩된 LED(122)를 포함한다. 페데스탈(154)은 각각의 LED(122) 상에, 바람직하게는 n-타입 접촉부(155) 상에 형성된다. 페데스탈(154)은 제1 접촉부(152)에까지 연장되는 전도성 재료의 페데스탈 층(158)으로 피복되는 페데스탈(154)의 형상과 실질적으로 유사한 형상으로 패터닝 가능한 재료(156)를 포함한다. 패터닝 가능한 재료(156)는, BCB, 폴리이미드, 및 유전체와 같은, LED 제조 및 동작과 양립할 수 있는 상이한 재료를 포함할 수 있다. 이러한 재료들은 공지된 공정을 이용하여 LED(112) 상에 형성될 수 있다. 대안으로서, 페데스탈(154)은, 은 에폭시 또는 프린트 가능한 잉크와 같은 패터닝 가능한 전기 전도성 재료를 이용하여 형성될 수 있는데, 이러한 경우, 층(158)은 필요하지 않을 수 있다. 페데스탈을 제조하기 위한 다른 방법 및 접근 방식이 사용될 수 있으며, 그 중 일부는 Khon Lau의 "플립 칩 기술(Flip-Chip Technologies)"(McGraw Hill, 1996)에 기술되어 있다.
상기 실시예들과 같이, LED 칩(120 및 150)을 포함하는 웨이퍼는 코팅 재료층에 의해 뒤덮여, LED 칩 및 LED 칩의 페데스탈을 매립할 수 있다. 코팅 재료는, 전술한 형광체 및 바인더를 포함할 수 있으며, 코팅 재료를 통해 페데스탈을 노출시키기 위해 전술한 방법을 이용하여 박막화될 수 있다. 그 다음, LED 칩은 전술한 방법을 이용하여 싱귤레이팅될 수 있다.
본 발명은 또한, 웨이퍼 레벨 이미터(emitter) 어레이를 제조하는데 이용될 수 있다. 도 9는 본드/금속 층(176)에 의해 캐리어 기판(174) 상에 플립 웨이퍼 본 딩된 LED(172)를 포함하는 웨이퍼 레벨 LED 어레이(170)의 일 실시예를 도시한다. LED는 제1 에피택셜층(180)과 제2 에피택셜층(182) 사이에 활성 영역(178)을 포함하며, 제1 에피택셜층(180) 상에는 제1 접촉부(184)가 존재한다. 페데스탈(186)은 제1 접촉부(184) 상에 포함되며, 형광체가 로딩된 바인더 코팅의 코팅(188)은 LED(172), 접촉부(184) 및 페데스탈(186)을 덮으며, 코팅은 페데스탈(186)의 상단을 노출시키도록 박막화 된다. 그러나, LED 어레이(180)에 대해, 개개의 LED 칩은 싱귤레이팅되지 않는다. 대신, 페데스탈(186)의 노출된 상단들을 병렬로 상호접속시키는 상호접속 금속 패드(190)가 LED 어레이(172)의 표면 상에 포함된다. 금속 패드(190)에 인가된 전기 신호는, 금속 패드(190)에 결합된 페데스탈(186)을 갖는 LED로 전달되어, 어레이 내의 LED를 조명하게 한다. LED 어레이는 금속 패드(190)에 의해 상호접속되는 LED에 따라, 예컨대 일렬로 또는 블록으로 정렬되는 것과 같이, 상이한 방식으로 정렬된 많은 상이한 개수의 LED를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 10은 캐리어 기판(204)에 플립 웨이퍼 본딩된 LED(202)를 또한 갖는, 본 발명에 따른 LED 어레이(200)의 다른 실시예를 도시하는데, 상기 LED(202) 각각은 제1 에피택셜 층(210)과 제2 에피택셜 층(212) 사이에 활성 영역(208)을 포함한다. 제1 접촉부(214)는 제1 에피택셜 층(210) 상에 있고, 페데스탈(216)은 제1 접촉부(214) 상에 형성된다. 형광체가 로딩된 바인더 코팅(218)은 LED(202), 제1 접촉부(214) 및 페데스탈(216) 위에 포함되어 있으며, 페데스탈(216)의 상부 표면은 노출된다. LED(202)는 전기적 절연 본드 층(220)에 의해 캐리어 기판(204)에 장착되 고, p-접촉부(222)는 각각의 LED(202)와 절연 본드 층(220) 사이에 있다. 전도성 비아(224)는 p-접촉부와 LED들(202) 간의 코팅(218)의 표면 사이로 이어지며, 각각의 금속 패드(226)는 각각의 포스트(224)와 각각의 인접 페데스탈(216) 사이의 코팅(118)의 표면 상으로 이어진다. 이러한 배열은 LED(202)가 직렬 어레이로 접속되도록 LED들(202)들 사이에 전도성 경로를 제공하며, 상기 LED들 사이의 전도성 경로는 절연 본드 층(220)에 의해 기판으로부터 절연된다. 금속 패드에 인가된 전기 신호는 LED 각각을 통해 진행되어 LED들이 어레이에서 광을 방출하게 한다. LED 어레이(200)는 금속 패드(226)에 의해 상호접속된 LED에 따라, 예컨대 일렬로 또는 블록으로 배열되는 것과 같이, 상이한 방식으로 배열된 많은 상이한 개수의 LED를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 발명에 따라 상이한 구조를 가진 많은 상이한 LED 칩들이 제조될 수 있다. 도 11은 전술한 도 1a 내지 도 1e에 도시된 LED 칩(10)과 유사하게 배치된, 본 발명에 따른 LED 칩(350)의 다른 실시예를 도시하는데, 여기서 유사한 특징부들에 대해 동일한 참조 번호가 사용된다. LED 칩(350)은 수직형 기하구조를 가지며, 각각 n-타입 에피택셜 층(16)과 p-타입 에피택셜 층(18) 사이에 활성 영역(14)을 포함하는 LED(12)를 포함한다. 페데스탈(28)은 p-타입 접촉부(24) 상에 형성되며, 형광체가 로딩된 바인더 코팅(32)은 LED(12)를 피복한다. 그러나, 이 실시예에서, LED(12)는 투명 기판(352) 상에 있으며, 이는 LED(12)에 대향하는 기판(352) 상에 반사층(354)이 형성되는 것을 허용한다. LED(12)로부터의 광은, 손실을 최소화하면서, 기판(352)을 통과하고 반사층(354)으로부터 다시 반사된다. 반사층(354)은 접 촉부(22)와 기판(352) 사이에 있는 것으로 도시되어 있지만, 반사층(354)과 기판(352) 사이에 접촉부(22)가 있어 반사층(354)이 최하부 층이 되는 것처럼 상이하게 배치될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 12는 또한 도 1a 내지 도 1e의 LED 칩과 유사하게 또한 배치된, 본 발명에 따른 LED 칩(370)의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, LED 칩(370)은 측면 기하구조를 가지며, 각각 n-타입 에피택셜 층(16)과 p-타입 에피택셜 층(18) 사이에 활성 영역(14)을 포함하는 LED(12)를 포함한다. p-타입 층(18)과 활성 영역(14)의 일부가 에칭되어, n-타입 층(16)이 드러나고, p-타입 층(18) 상에는 p-타입 접촉부(24)가 존재하고 n-타입 층(16) 상에는 n-타입 접촉부(26)가 존재한다. p-타입 페데스탈(28)은 p-타입 접촉부(24) 상에 있고, n-타입 페데스탈(30)은 n-타입 접촉부(26) 상에 있다. 형광체가 로딩된 바인더 코팅(32)은 LED(12)를 피복하는데, 페데스탈(28, 30)은 코팅(32)을 통해 노출된다. LED(12)는 투명 기판(372)과, LED(12)에 대향하는 기판(372) 상에 포함된 반사층(374) 상에 있다. LED(12)는, LED(12) 각각의 상단에 p-타입 접촉부(24)와 p-타입 페데스탈(28)을 갖는 측면 기하구조를 갖는다. 반사층(374)은 또한 LED로부터의 광을 반사시키고 기판(372)을 통과하는 광은 손실이 최소화된다.
본 발명에 따라 많은 상이한 변형이 행해진 LED 칩이 제조될 수 있으며, 도 13은 성장 기판(404) 상의 n-타입 층(406)과 p-타입 층(408) 사이에 활성 영역(405)을 가진 LED(402)를 가진 LED 칩(400)의 다른 실시예를 도시한다. 성장 기판이 박막화되어 있거나 또는 성장 기판이 제거된 후의 LED(402)가 또한 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다. LED는 또한 n-타입 및 p-타입 접촉부들(407, 409)을 갖는다. LED(402)는 다이싱되거나 또는 싱귤레이팅되고, 서브마운트/캐리어 웨이퍼(410)에 플립 칩이 본딩된다. 서브마운트/캐리어 웨이퍼(410) 상에는 전도성 트레이스(412)가 형성되고, 트레이스(412) 상에는 각각의 LED(402)가 장착되며, 제1 트레이스(412a)는 n-타입 층(406)과 전기적으로 접촉하고, 제2 트레이스(412b)는 p-타입 층(408)과 접촉한다. 스퍼터링과 같은 종래의 기술을 이용하여 증착된 알루미늄(Al) 또는 Au를 포함하는 종래의 트레이스가 이용될 수 있다. LED(402)는 Au와 같은 알려진 재료, 또는 금/주석 솔더 범프나 스터드 범프를 이용하여 종래의 방식대로 배치될 수 있는 플립 칩 본드(413)에 의해 트레이스(412)에 장착될 수 있다.
도 13 및 전술한 실시예, 그리고 후술되는 실시예에서의 페데스탈은 또한 전도성 층에 의해 코팅된 절연 재료로 만들어질 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 일 실시예에서, 페데스탈은 기판 재료 또는 서브마운트/캐리어 웨이퍼 재료를 포함할 수 있다. LED 칩(400)에 있어서, 서브마운트/캐리어 웨이퍼는 페데스탈을 갖도록 제조될 수 있는데, LED 각각은 페데스탈들 사이에 장착된다. 전도성 층은 전도성 트레이스와 접촉하여 또는 다른 배열을 이용해서 LED와 접촉하여 페데스탈 위에 형성될 수 있다. 페데스탈은 많은 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있으며, 일 실시예에서는, LED가 장착된 반사 컵(reflective cup)을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이 반사 컵은 전도성 트레이스 또는 다른 배열을 이용하여 LED와 접촉하는 전도성 층으로 코팅될 수 있다. 형광체 바인더 코팅의 평탄화 동안, 반사 컵의 상단은 접촉을 위해 노출될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 반사 컵은 평탄화 동안에 노출될 수 있는 자기 자신의 페데스탈을 가질 수 있다.
n-타입 페데스탈(414)은 제1 트레이스(412a) 상에 형성되고, p-타입 페데스탈(416)은 제2 트레이스(412b) 상에 형성되는데, 양 페데스탈 모두 전술한 방법을 이용하여 형성된다. 형광체/결합제 코팅(418)은 LED(402) 위에 포함되어, 페데스탈들(414, 416)을 매립한다. 그 다음, 코팅(418)은 접촉을 위해 페데스탈들(414, 416)을 노출시키도록 평탄화될 수 있거나, 또는 다른 실시예에서는 페데스탈들(414, 416)을 노출시키기 위해 코팅 내에 오목부가 형성될 수 있다. 그 다음, LED 칩은 전술한 공정을 이용하여 싱귤레이팅될 수 있다.
LED 칩(400)과 관련하여 기술된 제조 방법은, 웨이퍼(404)로의 장착을 위해 선택될 원하는 방출 특성을 가진 양호한 품질의 싱귤레이팅된 LED(402)의 이용을 허용한다. 이러한 배열은 또한, 공간들을 형성하기 위한 재료들의 에칭을 통해 귀중한 에피택셜 재료를 낭비하지 않으면서, LED들(402) 사이에 더 큰 공간을 갖는 웨이퍼에 LED(402)를 장착하는 것을 허용한다.
도 14는 캐리어 기판에 창착된 싱귤레이팅된 측면 기하구조의 LED(502)를 갖는, 본 발명에 따른 LED 칩(500)의 또 다른 실시예를 도시한다. LED(502) 각각은 성장 기판(510) 상에 연속적으로 형성된 n-타입 층(506)과 p-타입 층(508) 사이에 활성 영역(504)을 포함한다. 기판(510)은 많은 상이한 재료로 만들어질 수 있는데, 바람직한 기판은 사파이어와 같은 투명 재료로 만들어진 것이다. LED(502)는 성장 기판(510) 중 적어도 일부를 남기고 싱귤레이팅된다.
그 다음, LED(502)는 캐리어 기판(512)을 아래로 한 상태에서 캐리어 기 판(512)에 장착된다. 캐리어 기판(512)은 투명 기판(516) 상에 제1 형광체/바인더 코팅(514)을 포함한다. 제1 코팅(514)은 LED(502)를 고정하기 위한 접착제일 수 있거나, 또는 추가 접착성 재료가 사용될 수 있다.
p-타입 접촉부(518)가 p-타입 층(508) 상에 제공되고, n-타입 접촉부(520)는 n-타입 층(506) 상에 제공된다. 접촉부들(518, 520)은 많은 상이한 재료를 포함할 수 있는데, 반사성 재료가 바람직하다. 접촉부들(518, 520)은 반사성을 가짐으로써 활성 영역 광을 반사시켜, 캐리어 기판(512)이 주 방출 표면이 되게 한다. 전술한 바와 같이 p-타입 페데스탈(522)은 p-타입 접촉부(518) 상에 형성되고, n-타입 페데스탈(524)은 n-타입 접촉부(520) 상에 형성된다. 제2 형광체/바인더 코팅(526)은 LED(502) 위에 형성되어, 페데스탈들(522, 524)을 매립한다. 그 다음, 전술한 바와 같이, 페데스탈들(522, 524)을 드러내도록 제2 코팅(526)이 평탄화될 수 있다.
그 다음, LED 칩(500)이 싱귤레이팅될 수 있으며, 이러한 배열은 제1 및 제2 코팅(514, 526)에 의해 제공된 형광체 층으로 둘러싸인 LED(502)를 갖는 LED 칩(500)을 제공한다. 싱귤레이팅된 LED 칩(500)은, 추가 형광체 처리없이 백색 발광 LED 플립 칩을 제공하는 제1 및 제2 코팅을 제외하고, 종래의 플립 칩 소자로서 패키징될 수 있다. 이 실시예는, 결과의 LED 칩(502)이 양호한 품질을 갖도록, 캐리어 웨이퍼(512)에 장착하기 위해 원하는 방출 특성을 가진 양호한 품질의 싱귤레이팅된 LED(502)를 이용하는 기능의 추가 이점을 제공한다. LED(502)는 또한, 공간을 형성하기 위한 재료의 에칭을 통해 귀중한 에피택셜 재료를 낭비하지 않으면서, LED(502)들 사이에 더 큰 공간을 갖는 웨이퍼에 장착될 수 있다.
도 15a 내지 도 15d는 본 발명에 따른 LED 칩(600)의 또 다른 실시예를 도시한다. 먼저 도 15a를 참조하면, LED 칩 각각은 LED(602)를 포함하는데, 이 LED(602) 각각은, 바람직하게는 사파이어와 같은 투명 재료로 된 성장 기판(610) 상에 모두 연속적으로 형성된 n-타입 층(606)과 p-타입 층(608) 사이에 활성 영역(604)을 갖는다. LED(602)는 n-타입 층(606) 상에 반사성 n-타입 접촉부(612)를 갖고 p-타입 층(608) 상에 반사성 p-타입 접촉부(614)를 갖는 측면 기하구조를 갖는다. n-타입 페데스탈(616)은 n-타입 접촉부(612) 상에 형성되고, p-타입 페데스탈(618)은 p-타입 접촉부(614) 상에 형성된다. 제1 형광체/바인더 코팅(620)은 LED(602) 위에 형성되어, 초기에 페데스탈들(616, 618)을 매립하고, 그 다음 페데스탈들이 드러나도록 코팅이 평탄화된다.
이제 도 15b를 참조하면, 트렌치(622)는 기판(610)을 통과하여 부분적으로 코팅(620) 내에 형성되며, LED(602)들 사이에 배치된다. 트렌치(622)는 에칭 또는 절단과 같은 많은 상이한 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 이제 도 15c를 참조하면, 기판(610)의 트렌치 측면 위에 제2 형광체/바인더 코팅(624)이 형성되어, 트렌치(622)를 충전할 수 있다. 그 다음, 제2 코팅이 원하는 대로 평탄화될 수 있다. 도 15d를 참조하면, LED 칩(600)이 싱귤레이팅될 수 있고, LED(602)는 제1 및 제2 코팅(620, 624)에 의해 제공된 형광체 층으로 둘러싸인다. LED 칩(600)은 도 14의 LED 칩(500)과 같은 이점들을 제공하며, 추가 형광체 처리없이 백색 발광을 제공할 수 있는 양호한 품질의 플립 칩 소자를 제공한다.
다시 도 15a 및 15b를 참조하면, 트렌치(622)를 형성하는 것에 대한 대안으 로서, n-타입 층(606)의 하부 표면을 노출시키기 위해 성장 기판(610)이 전체적으로 제거될 수 있다. 그 다음, 제2 형광체/바인더 코팅(624)이 그 노출된 n-타입 층 위에 형성되고, 원하는 대로 평탄화될 수 있다.
본 발명은 또한, LED가 LED 칩 웨이퍼에 형성되게 하는 것 대신에 개개의 LED를 피복하는데 이용될 수도 있다. 이러한 실시예에서, LED 칩은 싱귤레이팅된 다음, 패키지에 장착되거나 또는 서브마운트 또는 PCB에 장착될 수 있다. 그 다음, LED 칩은 접촉을 위해 페데스탈(들)을 노출시키기 위해 본 발명에 따라 코팅되고 평탄화될 수 있다.
비록 본 발명이 특정한 바람직한 구성을 참조하여 상세하게 기술되었지만, 다른 버전도 가능하다. 따라서, 본 발명이 정신 및 범위는 상술한 버전으로 한정되어서는 안된다.

Claims (79)

  1. 발광다이오드(LED, light emitting diode) 칩들을 제조하는 방법에 있어서,
    복수의 LED들을 제공하는 단계;
    상기 LED들 중 하나와 각각 전기적으로 접촉하는 페데스탈(pedestal)들을 상기 LED들 상에 증착하는 단계;
    상기 페데스탈들 중 적어도 일부를 매립하는 코팅을 상기 LED들 위에 형성하는 단계; 및
    상기 매립된 페데스탈들 중 적어도 일부를 노출시키면서 상기 LED들 상에 상기 코팅 중 적어도 일부를 남겨 놓도록 상기 코팅을 평탄화하는 단계
    를 포함하는 LED 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 LED 칩들은 백색광을 방출하는 것인, LED 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 상기 LED 상에 접촉부를 증착하는 단계를 더 포함하고, 상기 페데스탈들은 상기 접촉부들 상에 형성되는 것인, LED 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 LED들은 성장 기판(growth substrate) 상에 제공되는 것인, LED 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 LED들은 캐리어 기판 상에 장착되는 것인, LED 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 캐리어 기판은 형광체(phosphor) 층을 포함하는 것인, LED 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 LED들은 성장 기판의 적어도 일부를 포함하는 것인, LED 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기판은 성형되거나 또는 텍스처링되는 것인, LED 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 LED들 위에 코팅을 형성하는 단계는, 미리 제조된 코팅 층을 제공하고 상기 미리 제조된 코팅 층을 상기 LED들 위에 배치하는 단계를 포함하는 것인, LED 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 LED들은 기판 상에 제공되며, 상기 기판에 트렌치들을 형성하고 상기 트렌치들을 충전하는 제2 코팅을 형성하는 단계를 더 포함하는 LED 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 평탄화 이전에 상기 코팅을 경화시키는 단계를 더 포함하는 LED 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 평탄화에 후속하여 상기 코팅을 경화시키는 단계를 더 포함하는 LED 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 코팅 상에 표면 텍스처를 형성하는 단계를 더 포함하는 LED 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 표면 텍스처는 상기 평탄화 중에 형성되는 것인, LED 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 표면 텍스처는 레이저 텍스처링에 의해 형성되는 것인, LED 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 LED들을 싱귤레이팅하는 단계를 더 포함하는 LED 제조 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 코팅은 형광체가 로딩된 바인더를 포함하는 것인, LED 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 형광체가 로딩된 바인더는 복수의 형광체들을 포함하는 것인, LED 제조 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 코팅은 산란 입자들을 포함하는 것인, LED 제조 방법.
  20. 제1항에 있어서, 상기 코팅은 상이한 조성물을 갖는 복수의 층들을 포함하는 것인, LED 제조 방법.
  21. 제17항에 있어서, 상기 바인더는 실리콘, 에폭시, 유리, 스핀 온 유리, BCB, 폴리이미드, 및 중합체로 구성된 그룹으로부터의 재료들 중 하나를 포함하는 것인, LED 제조 방법.
  22. 제17항에 있어서, 상기 형광체는 YAG:Ce를 포함하는 것인, LED 제조 방법.
  23. 제17항에 있어서, 상기 형광체는 Y3Al5O12:Ce (YAG), Tb3-xRExO12:Ce (TAG); RE=Y, Gd, La, Lu, 및 Sr2-x-yBaxCaySiO4:Eu로 구성된 그룹으로부터의 재료를 포함하는 것인, LED 제조 방법.
  24. 제1항에 있어서, 상기 평탄화는 그라인딩, 랩핑, 및 폴리싱으로 구성된 그룹으로부터의 방법들 중 하나를 포함하는 것인, LED 제조 방법.
  25. 제1항에 있어서, 상기 평탄화는 스퀴지(squeegee), 가압 평탄화, 에칭 및 박리(ablation)로 구성된 그룹으로부터의 하나 이상의 방법들을 포함하는 것인, LED 제조 방법.
  26. 제1항에 있어서, 상기 코팅은 스핀 코팅, 전기영동 증착, 정전기 증착, 프린팅, 제트 프린팅, 및 스크린 프린팅으로 구성된 그룹으로부터의 방법들 중 하나에 의해 상기 LED들을 피복하는 것인, LED 제조 방법.
  27. 제1항에 있어서, 상기 페데스탈들은 스터드 범핑(stud bumping)을 이용하여 형성되는 것인, LED 제조 방법.
  28. 제1항에 있어서, 상기 LED들 중 적어도 일부의 주위에 제2 코팅을 형성하는 단계를 더 포함하는 LED 제조 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제2 코팅은 상기 코팅과 상이한 조성물을 갖는 것인, LED 제조 방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 제2 코팅을 평탄화하는 단계를 더 포함하는 LED 제조 방법.
  31. 제1항에 있어서, LED 어레이를 형성하기 위해 상기 페데스탈들 중 적어도 일부를 상호접속하는 상기 평탄화된 코팅 상에 금속 패드를 증착하는 단계를 더 포함하는 LED 제조 방법.
  32. 제16항에 있어서, 상기 싱귤레이팅된 LED들 중 하나를 캡슐화제(encapsulant)로 밀봉하는 단계를 더 포함하는 LED 제조 방법.
  33. 제16항에 있어서, 상기 LED들 중 하나를 서브마운트 또는 인쇄 회로 기판(PCB)에 장착하는 단계를 더 포함하는 LED 제조 방법.
  34. 제1항에 있어서, 상기 평탄화는 균일한 코팅 두께를 가져오는 것인, LED 제조 방법.
  35. 제1항에 있어서, 상기 코팅은 평균 코팅 두께의 50% 미만의 총 두께 변화를 갖는 것인, LED 제조 방법.
  36. LED 칩들의 제조 방법에 있어서,
    캐리어 기판 상에 복수의 LED들을 플립 칩 본딩하는 단계;
    각각의 상기 LED와 전기적으로 접촉하는 전도성 페데스탈을 형성하는 단계;
    상기 페데스탈들 중 적어도 일부를 매립하는 블랭킷 코팅을 상기 LED들 상에 형성하는 단계; 및
    상기 매립된 페데스탈들 중 적어도 일부를 노출시키기 위해 상기 코팅을 평탄화하는 단계
    를 포함하는 LED 칩 제조 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 캐리어 기판은 전기 트레이스들을 포함하고, 상기 LED들은 상기 전기 트레이스들과 접촉하여 장착되는 것인, LED 칩 제조 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 페데스탈들은 상기 전기 트레이스들 상에 형성되는 것인, LED 칩 제조 방법.
  39. 제36항에 있어서, 상기 LED 칩들은 백색광을 방출하는 것인, LED 칩 제조 방법.
  40. 코팅된 반도체 소자들을 제조하는 방법에 있어서,
    기판 상에 복수의 반도체 소자들을 제공하는 단계;
    상기 반도체 소자들 중 하나와 각각 전기적으로 접촉하는 페데스탈들을 상기 반도체 소자들 상에 증착하는 단계;
    상기 페데스탈들 중 적어도 일부를 매립하는 블랭킷 코팅을 상기 반도체 소자들 위에 형성하는 단계; 및
    접촉을 위해 상기 매립된 페데스탈들 중 적어도 일부를 노출시키면서 상기 반도체 소자들 상에 상기 코팅 재료 중 적어도 일부를 남겨 놓도록 상기 코팅을 평탄화하는 단계
    를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
  41. 발광다이오드(LED) 칩 웨이퍼에 있어서,
    복수의 LED들;
    상기 LED들 중 하나와 각각 전기적으로 접촉하는 복수의 페데스탈들; 및
    상기 LED들을 적어도 부분적으로 피복하는 코팅으로서, 상기 페데스탈들 중 적어도 일부는 상기 코팅을 통과하여 상기 코팅의 표면에까지 확장되며 상기 코팅의 표면에서 노출되는 것인, 상기 코팅
    을 포함하는 LED 칩 웨이퍼.
  42. 제41항에 있어서, 상기 LED들은 기판 웨이퍼 상에 있는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  43. 제41항에 있어서, 각각 상기 LED들 중 하나 상에 있는 것인 복수의 접촉부들 을 더 포함하고, 상기 페데스탈들 중 적어도 일부는 상기 접촉부들 상에 형성되는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  44. 제41항에 있어서, 상기 기판 웨이퍼는 LED 칩들로 분리될 수 있는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  45. 제41항에 있어서, 상기 코팅은 균일한 두께를 갖는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  46. 제41항에 있어서, 상기 코팅은 평균 코팅 두께의 50% 미만의 총 두께 변화를 갖는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  47. 제41항에 있어서, 상기 코팅은 텍스처링된 표면을 갖는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  48. 제41항에 있어서, 상기 코팅은 복수의 형광체들을 포함하는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  49. 제41항에 있어서, 상기 코팅은 산란 입자들을 포함하는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  50. 제41항에 있어서, 상기 코팅은 형광체가 로딩된 바인더를 포함하는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  51. 제50항에 있어서, 상기 바인더는 실리콘, 에폭시, 유리, 스핀 온 유리, BCB, 폴리이미드, 및 중합체로 구성된 그룹으로부터의 재료들 중 하나를 포함하는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  52. 제50항에 있어서, 상기 형광체는 YAG:Ce를 포함하는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  53. 제41항에 있어서, 상기 페데스탈들은 하나 이상의 스터드 범프들을 포함하는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  54. 제41항에 있어서, 상기 LED들은 III족 질화물 재료계로부터의 재료들로 만들어지는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  55. 제42항에 있어서, 상기 기판 웨이퍼는 성장 기판을 포함하는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  56. 제42항에 있어서, 상기 기판 웨이퍼는 캐리어 기판을 포함하는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  57. 제41항에 있어서, 상기 LED들은 LED 어레이 내에서 상호접속되는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  58. 제41항에 있어서, LED 어레이를 형성하기 위해 상기 노출된 페데스탈들 중 적어도 일부를 상호접속하는 상기 코팅의 표면 상의 금속 패드를 더 포함하는 LED 칩 웨이퍼.
  59. 제41항에 있어서, 상기 기판 웨이퍼에 일체로 형성된 반사 층을 더 포함하는 LED 칩 웨이퍼.
  60. 제42항에 있어서, 상기 기판 웨이퍼는 형광체가 로딩된 바인더 층을 포함하는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  61. 제41항에 있어서, 상기 LED들은 성장 기판의 적어도 일부를 포함하는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  62. 제41항에 있어서, 상기 LED들이 기판 상에 제공되고, 상기 기판의 트렌치들 및 상기 트렌치들을 충전하는 제2 코팅을 더 포함하는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  63. 제41항에 있어서, 상기 코팅은 상이한 조성물들을 갖는 복수의 층들을 포함하는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  64. 제41항에 있어서, 상기 LED들 중 적어도 일부의 주위에 형성되는 제2 코팅을 더 포함하는 LED 칩 웨이퍼.
  65. 제64항에 있어서, 상기 제2 코팅은 상기 코팅과 상이한 조성물을 갖는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  66. 제41항에 있어서, 상기 LED들 및 코팅으로부터 백색광이 방출될 수 있는 것인, LED 칩 웨이퍼.
  67. 발광다이오드(LED) 칩에 있어서,
    LED;
    상기 LED와 전기적으로 접촉하는 페데스탈; 및
    상기 LED를 적어도 부분적으로 피복하는 코팅
    을 포함하고, 상기 페데스탈은 상기 코팅을 통과하여 상기 코팅의 표면에까지 확장되며 상기 코팅의 표면에서 노출되는 것인, LED 칩.
  68. 제67항에 있어서, 상기 LED는 백색광을 방출하는 것인, LED 칩.
  69. 제67항에 있어서, 상기 LED는 기판 상에 있는 것인, LED 칩.
  70. 제67항에 있어서, 상기 LED 상에 접촉부를 더 포함하고, 상기 페데스탈은 상기 접촉부 상에 형성되는 것인, LED 칩.
  71. 제67항에 있어서, 상기 코팅은 형광체가 로딩된 바인더를 포함하는 것인, LED 칩.
  72. 제67항에 있어서, 상기 페데스탈은 하나 이상의 스터드 범프들을 포함하는 것인, LED 칩.
  73. 제67항에 있어서, 상기 LED는 III족 질화물 재료계로부터의 재료들을 포함하는 것인, LED 칩.
  74. 제69항에 있어서, 상기 기판은 성장 기판을 포함하는 것인, LED 칩.
  75. 제67항에 있어서, 상기 기판 웨이퍼는 캐리어 기판을 포함하는 것인, LED 칩.
  76. 제67항에 있어서, 상기 기판에 일체로 형성된 반사 층을 더 포함하는 LED 칩.
  77. 발광다이오드(LED) 패키지에 있어서,
    LED 칩;
    상기 LED 칩과 전기적으로 접촉하는 페데스탈;
    상기 LED 칩을 적어도 부분적으로 피복하는 코팅으로서, 상기 페데스탈은 상기 코팅을 통과하여 상기 코팅의 표면에까지 확장되며 상기 코팅의 표면에서 노출되는 것인, 상기 코팅;
    패키지 리드로서, 상기 페데스탈은 상기 패키지 리드 중 하나와 전기적으로 접속하는 것인, 상기 패키지 리드; 및
    상기 LED 칩 및 전기 접속들을 둘러싸는 인캡슐레이션(encapsulation)
    을 포함하는 LED 패키지.
  78. 발광다이오드(LED) 패키지에 있어서,
    LED 칩;
    상기 LED 칩과 전기적으로 접촉하는 페데스탈;
    상기 LED 칩을 적어도 부분적으로 피복하는 코팅으로서, 상기 페데스탈은 상기 코팅을 통과하여 상기 코팅의 표면에까지 확장되며 상기 코팅의 표면에서 노출되는 것인, 상기 코팅; 및
    패키지 리드로서, 상기 페데스탈은 상기 패키지 리드 중 하나와 전기적으로 접속하는 것인, 상기 패키지 리드
    를 포함하고, 상기 칩은 밀폐하여 밀봉된 커버에 의해 둘러싸여지는 것인, LED 패키지.
  79. 제78항에 있어서, 불활성 분위기(inert atmosphere)가 대기압에 있는 LED 칩 또는 대기압 이하의 기압에 있는 LED 칩을 에워싸는 것인, LED 패키지.
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