KR20120002130A - Flip-chip light-emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플립칩 구조(Flip-Chip)의 반도체 발광 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 플립칩 구조의 발광 소자에 있어서 발광 효율과 휘도를 향상시키기 위한 발광 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device having a flip chip structure and a method of manufacturing the same. More specifically, a light emitting device for improving light emission efficiency and luminance in a light emitting device having a flip chip structure and a method of manufacturing the same. It is about.
발광 소자(light-emitting diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN, AlGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써 다양한 색을 구현할 수 있다.A light-emitting diode (LED) refers to a device that makes a minority carrier (electron or hole) injected using a pn junction structure of a semiconductor and emits a predetermined light by recombination thereof. GaAs, AlGaAs, Various colors may be realized by configuring a light emitting source by changing compound semiconductor materials such as GaN, InGaN, and AlGaInP.
이러한 발광 소자는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고 진동에 강한 특성을 보인다. 이러한 발광 소자는 표시 소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 우수한 특성을 갖기 때문에 최근 대형 LCD-TV 백라이트, 자동차 헤드라이트, 일반 조명에까지 응용이 점차 확대되고 있으며, 이를 위해서는 발광 소자의 발광 효율의 개선이 필요하고, 열방출 문제를 해결하여야 하며, 발광 소자의 고휘도화, 고출력화를 달성하여야 한다.Such a light emitting device has a smaller power consumption and a longer life than conventional light bulbs or fluorescent lamps, can be installed in a narrow space, and exhibits strong vibration resistance. These light emitting devices are used as display devices and backlights, and because they have excellent characteristics in terms of power consumption reduction and durability, applications have recently been extended to large LCD-TV backlights, automobile headlights, and general lighting. It is necessary to improve the luminous efficiency of the device, solve the heat emission problem, and achieve high brightness and high output of the light emitting device.
이러한 문제를 해결하기 위해 최근에 플립칩 형태의 반도체 발광 소자에 대한 관심이 날로 높아지고 있다.In order to solve this problem, the interest in flip-chip type semiconductor light emitting devices is increasing day by day.
도 1은 종래의 플립칩 구조의 발광 소자를 설명하기 위한 개념 단면도이다.1 is a conceptual cross-sectional view for describing a light emitting device having a conventional flip chip structure.
도 1을 참조하면, 종래의 플립칩 구조의 발광 소자는 사파이어 기판(10) 상에 일반적으로 금속유기화학기상증착법(MOCVD)을 사용하여, N형 반도체층(12), 활성층(14), P형 반도체층(16)을 순차적으로 형성한 후, P형 반도체층(16), 활성층(14)및 N형 반도체층(12)의 일부를 메사 에칭으로 식각하여 N형 반도체층(12)의 일부를 노출시킨 후, P형 반도체층(16) 상에 투명전극층(18)을 형성하고, 계속하여, P형 전극패드(20)를 형성하는 단계들을 포함하여 제조된다.Referring to FIG. 1, a light emitting device having a conventional flip chip structure generally uses metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) on a
상기 투명전극층(18)으로는 P형 반도체층(16)과 오믹접촉을 이루는 금속층을 가지고 형성하는데, 일반적으로 Ni과 Au를 함유하는 재료, 또는 NiO, ZnO 및 ITO와 같은 투광성 금속 산화물을 이용하여 형성될 수 있다.The
한편, 노출된 N형 반도체층(12)의 상부에는 N형 반도체층(12)과 오믹컨택용 투명메탈층(24)을 형성하고 그 상부에 N형 전극패드(26)를 형성할 수 있다.The N-
그 후, 상기 P형 전극패드(20)와 N형 전극패드(26) 사이에는 SiO2 등의 일반적인 절연체로 보호층(29)을 형성하여, 외부 습기 내지 충격 등으로부터 발광 소자를 보호할 수 있다.Thereafter, a
또한, 전술한 바와 같이 제조된 발광 소자는 범프(22, 28) 및 도전 접착제를 이용하여 서브 마운트 기판(미도시)상에 플립칩 본딩되는데, 이때, 도전 접착제는 일반적으로 도전성 입자인 솔더 및 열경화성 및/또는 열가소성을 갖는 절연 수지로 구성될 수 있다. 구체적으로는, 하부 서브 마운트 기판의 범프(미도시)에 상기 제조된 발광 소자를 뒤집어 정위치에 배치시키고, 상기 솔더의 융점이상의 온도로 리플로우를 시키면 용융된 솔더의 표면장력으로 인해 상부의 발광 소자가 정위치로 자기 정렬을 하고, 솔더의 젖음성(Wettability)에 따라 발광 소자의 전극과 기판의 전극 간이 전기적으로 연결된다. In addition, the light emitting device manufactured as described above is flip-chip bonded on a sub-mount substrate (not shown) using the
이와 같은 종래 플립칩 구조의 발광 소자는 열 방출 효율이 높고, 광효율이 높기 때문에 여러 소형 패키지에 널리 응용되고 있다.Such a light emitting device having a conventional flip chip structure has high heat emission efficiency and high light efficiency, and thus has been widely applied to various small packages.
그러나, 종래의 플립칩 구조의 반도체 발광 소자에서는, 활성층(14)에서 생성된 많은 광자들이 발광 소자의 외부로 잘 빠져나가지 못하고, 사파이어 기판(10)과 N형 반도체층(12)의 계면에서 이종 재질간의 굴절율 차이로 인해 전반사를 일으키며 순환하다가 흡수되어 소멸될 수 있다. 즉, 전기 에너지가 빛 에너지로 변환되어 소자의 외부로 빠져나오는 발광 효율이 낮은 문제점이 있다.
However, in the semiconductor light emitting device of the conventional flip chip structure, many photons generated in the
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 메사 에칭으로 인하여 P형 반도체층의 발광 면적이 축소되는 문제점을 해소하고, 활성층에서 생성된 광이 흡수되는 부분에 고반사 절연층을 형성하여 광반사율을 높임으로써, 종래기술 대비 더 높은 광출력 효율을 갖는 플립칩형 발광 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem, and solves the problem of reducing the light emitting area of the P-type semiconductor layer due to the conventional mesa etching, and the high reflection insulating layer on the portion where the light generated in the active layer is absorbed. It is to provide a flip-chip type light emitting device and a manufacturing method thereof having a higher light output efficiency than the prior art by increasing the light reflectivity by forming a.
본 발명의 또 다른 목적은, 발광 소자의 측면부에 기울기를 형성한 후 고반사 절연층을 증착함으로써, 발광 소자를 외부 습기 내지 충격 등으로부터 보호할 뿐 아니라, 반도체층 사이에서 흡수되는 광들을 외부로 반사시켜 더욱 향상된 광 효율 특성을 갖는 플립칩형 발광 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to form a slope on the side surface of the light emitting device and then deposit a highly reflective insulating layer, thereby protecting the light emitting device from external moisture, impact, and the like, as well as protecting the light absorbed between the semiconductor layers to the outside. It is to provide a flip-chip type light emitting device having a further improved light efficiency characteristics by reflection and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판; 상기 기판상에 형성된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층; 상기 제2 도전형 반도체층의 상부 표면으로부터 상기 제1 도전형 반도체층의 소정의 깊이까지 형성된 트렌치; 및 상기 트렌치의 측면을 커버하는 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자가 제공된다.According to an aspect of the present invention, A first conductivity type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor layer formed on the substrate; A trench formed from a top surface of the second conductive semiconductor layer to a predetermined depth of the first conductive semiconductor layer; And an insulating layer covering the side surface of the trench.
바람직하게, 상기 발광 소자는 상기 트렌치가 적어도 두 개 형성된다.Preferably, the light emitting device is formed with at least two trenches.
바람직하게, 상기 발광 소자는 상기 트렌치 내부의 공간에 형성된 제1 전극을 더 포함한다.Preferably, the light emitting device further includes a first electrode formed in a space inside the trench.
바람직하게, 상기 발광 소자는 상기 제1 전극의 전체적인 형상이 T자형인 것을 특징으로 한다.Preferably, the light emitting device is characterized in that the overall shape of the first electrode is T-shaped.
바람직하게, 상기 발광 소자는 상기 절연층이 고굴절률층과 저굴절률층을 교번 적층하여 형성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the light emitting device is characterized in that the insulating layer is formed by alternately stacking a high refractive index layer and a low refractive index layer.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 투명 기판을 마련하는 단계; 상기 기판상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 적층하는 단계; 상기 제2 도전형 반도체층의 상부 표면으로부터 상기 제1 도전형 반도체층의 소정의 깊이까지 홈을 파서 트렌치를 형성하는 단계; 및 상기 트렌치의 측면을 커버하는 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the invention, providing a transparent substrate; Stacking a first conductive semiconductor layer, an active layer and a second conductive semiconductor layer on the substrate; Forming a trench by digging a groove from an upper surface of the second conductive semiconductor layer to a predetermined depth of the first conductive semiconductor layer; And forming an insulating layer covering the side surface of the trench.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 기판; 상기 기판상에 형성된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체로서, 측면 경사부를 갖는 상기 반도체 적층 구조체; 및 상기 반도체 적층 구조체의 상기 측면 경사부에 적층된 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자가 제공된다.According to another aspect of the invention, the substrate; 10. A semiconductor laminated structure comprising a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer formed on the substrate, comprising: the semiconductor laminated structure having a side slope; And an insulating layer laminated on the side slope portions of the semiconductor laminate structure.
바람직하게, 상기 발광 소자는, 상기 제1 도전형 반도체의 노출된 상면에 형성된 두개 이상의 제1 전극을 더 포함한다.Preferably, the light emitting device further includes two or more first electrodes formed on the exposed upper surface of the first conductivity type semiconductor.
바람직하게, 상기 발광 소자는, 상기 제2 도전형 반도체층의 상부 표면으로부터 상기 제1 도전형 반도체층의 소정의 깊이까지 형성된 트렌치의 내부에 형성된 제1 전극을 더 포함한다.Preferably, the light emitting device further includes a first electrode formed in the trench formed from an upper surface of the second conductive semiconductor layer to a predetermined depth of the first conductive semiconductor layer.
바람직하게, 상기 발광 소자는, 상기 제1 도전형 반도체와 상기 기판의 경계면에 소정 요철이 형성된다.Preferably, in the light emitting device, predetermined irregularities are formed on an interface between the first conductivity-type semiconductor and the substrate.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 투명 기판을 마련하는 단계; 상기 기판상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 적층하여 반도체 적층 구조체를 형성하는 단계; 상기 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 식각하여 상기 반도체 적층 구조체에 측면 경사부를 형성하는 단계; 및 상기 반도체 적층 구조체의 상기 측면 경사부에 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the invention, the step of preparing a transparent substrate; Stacking a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer on the substrate to form a semiconductor laminate structure; Etching side surfaces of the first conductive semiconductor layer, the active layer, and the second conductive semiconductor layer to form a side slope portion in the semiconductor stacked structure; And forming an insulating layer on the side inclined portion of the semiconductor stacked structure.
바람직하게, 상기 발광 소자의 제조방법은, 상기 절연층을 형성하는 단계가 고굴절률층과 저굴절률층을 교번 적층하는 단계를 포함한다.Preferably, the method of manufacturing the light emitting device includes the step of forming the insulating layer alternately stacking a high refractive index layer and a low refractive index layer.
본 발명에 따르면, P형 반도체층의 발광 면적을 보다 넓힐 수 있고, 발광 소자의 내부에서 순환되는 광을 외부로 반사시켜 발광 소자의 광추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the light emitting area of the P-type semiconductor layer can be further increased, and light extraction efficiency of the light emitting device can be further improved by reflecting light circulated in the light emitting device to the outside.
또한, 본 발명에 따르면, 발광 소자 내부에서 흡수되어 소멸되는 광량을 줄여주고, 이를 외부로 반사시킴으로써, 발광 소자의 광효율을 증가시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, by reducing the amount of light absorbed and extinguished in the light emitting device, and reflecting it to the outside, it is possible to increase the light efficiency of the light emitting device.
도 1은 종래의 플립칩형 발광 소자의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플립칩형 발광 소자의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플립칩형 발광 소자의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.1 is a view schematically showing the structure of a conventional flip chip type light emitting device.
2 is a view schematically showing the structure of a flip chip type light emitting device according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are views for explaining a process of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
5 is a view schematically showing the structure of a flip chip type light emitting device according to another embodiment of the present invention.
6 to 8 are views for explaining a process of manufacturing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일 유사한 참조번호들은 동일 유사한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided by way of example so that the spirit of the invention to those skilled in the art can fully convey. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. And, in the drawings, the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout the specification.
이하, 도 2 내지 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플립칩형 발광 소자를 설명하기로 한다.Hereinafter, a flip chip type light emitting device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
본 발명의 일 실시예에 따른 플립칩형 발광 소자(1000)는 투명 기판(1100)상에 형성된 N형 반도체층(1210), 활성층(1230) 및 P형 반도체층(1250)의 발광 다이오드를 서브마운트 기판(1800)에 플립칩 본딩함으로써 형성할 수 있다.The flip chip type
여기서, 상기 투명 기판(1100)은 예를들어, 굴절률이 약 1.78인 사파이어 기판일 수 있다.The
또한, N형 반도체층(1210)은 N형 AlxInyGa1 -x- yN(0≤x,y,x+y≤1)으로 형성될 수 있으며, N형 클래드층을 포함할 수 있고, P형 반도체층(1250)은 P형 AlxInyGa1 -x- yN(0≤x,y,x+y≤1)으로 형성될 수 있으며, P형 클래드층을 포함할 수 있다. Further, N-
또한, N형 반도체층(1210)의 도핑에는 Si, Ge, Se, Te, 또는 C 등이 사용될 수 있고, P형 반도체층(1250)은 예를 들면, Zn, Mg 또는 Be과 같은 도펀트가 첨가되어 형성될 수 있다. In addition, Si, Ge, Se, Te, or C may be used for the doping of the N-
이들 반도체층(1210, 1250)은 유기금속 기상증착법(MOCVD), 분자빔 성장법(MBE), 또는 하이브리드 기상증착법(HVPE)과 같은 공지의 증착공정을 이용하여 기판(1100)상에 순차적으로 성장될 수 있다.These
또한, P형 반도체층(1250) 상부에는 Ni/Au, ITO, TCO(Transparent Conducting Oxide) 또는 NiO, ZnO 등의 금속 또는 금속산화물로 이루어진 투명전극층(1510)이 형성되어 상기 P형 반도체층(1250)에 오믹 컨택을 형성하여 전류 확산 효과를 높이면서도, 동시에 일정 수준 이상의 투과율을 유지하여 발광 소자의 효율과 휘도를 높여준다. 또한, 상기 투명전극층(1510) 윗면 일부 영역에는 고반사 절연층(1530)이 형성되고, 그 상부에 P형 전극패드(1550)가 형성될 수 있다. 고반사 절연층(1530)의 형성방법에 대하여는 후술하기로 한다.In addition, the P-
한편, N형 전극패드(1350, 1370)는 예를들어, 2개 이상의 복수개가 형성될 수 있으며, 도 2를 참조하면, P형 전극패드(1550)의 양측에 인접하게 N형 전극패드들(1350, 1370)이 형성되며, P형 전극패드(1550)와 N형 전극패드(1350, 1370) 사이는 절연층(1390)에 의해 절연될 수 있다. 이렇게 복수개의 N형 전극패드들(1350, 1370)을 형성함으로써, 전류 확산(current spreading)이 향상될 수 있다. Meanwhile, for example, two or more N-
또한, N형 전극패드(1350, 1370)는 형성 위치에 있어서도, 노출된 N형 반도체층의 일부 위에 형성되는 것이 아니라(도 1 참조), 고반사 절연층(1310, 1330)을 매개하여 P형 반도체층(1250) 위에 형성될 수 있다. In addition, the N-
또한, 상기 P형 전극패드(1550) 및 N형 전극패드들(1350, 1370)은 소자의 전기적 연결을 위한 것으로, 이에 제한되는 것은 아니지만, 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 또는 이들을 포함한 합금 중에서 선택된 적어도 하나의 도전성 재료로 이루어질 수 있다.In addition, the P-
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, P형 반도체층(1250), 활성층(1230) 및 N형 반도체층(1210)을 식각하여 N형 반도체층(1210)의 상부 표면을 노출시킨 후, 그 노출된 N형 반도체층(1210)의 상부 표면에 N형 전극패드(1350, 1370)를 형성하는 것이 아니다. That is, according to one embodiment of the present invention, the P-
구체적으로는, 도 3에 도시된 바와 같이, P형 반도체층(1250)의 상부 표면으로부터 N형 반도체층(1210)의 소정의 깊이까지, 건식 식각에 의하여 예를들어, 약 5000 Å 내지 약 7000 Å 깊이로, N형 전극패드(1350, 1370)의 개수 및 형성위치에 대응되도록 트렌치(1300, 1300')를 형성한다. 이때, 트렌치(1300, 1300')의 측면은 상기 P형 반도체층(1250)의 상부 표면에 대하여 수직방향으로 형성될 수도 있지만, 소정의 경사도를 가지고 형성될 수도 있다.Specifically, as shown in FIG. 3, by dry etching, for example, from a top surface of the P-
그 후, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(1300, 1300')의 측면과 P형 반도체층(1250)의 상부 표면일부를 따라서 고반사 절연층(1310, 1330)을 증착한 후, 전극패드 물질을 그 트렌치(1300, 1300')의 내부 공간에 형성함으로써, 전체적으로는 T자 형상의 N형 전극패드(1350, 1370)를 형성할 수 있다. Thereafter, as shown in FIG. 4, the highly reflective insulating
여기서, 고반사 절연층(1310, 1330)은 후술하는 바와 같이, DBR로 형성될 수 있으며, 층당 약 40~50nm 정도의 두께로 대략 17 레이어의 절연층들을 교번적층하여, 예를들어, 약 7000 Å 내지 10,000 Å 두께로 상기 고반사 절연층(1310, 1330)을 형성할 수 있다. 또한, N형 전극패드(1350, 1370)를 형성함에 있어서는 포토 마스크를 이용한 금속의 증착 또는 전자-빔(E-beam)증착 등의 방법을 이용할 수 있다. 이때, N형 전극패드(1350, 1370)를 형성하는 데 사용되는 재료로는, 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 인듐(In) 또는 이들의 조합, 또는 이들의 산화물 등과 같은 여러 가지 재료를 포함할 수 있다.Here, the highly reflective insulating
여기서, 전술한 투명전극층(1510) 상에 형성된 고반사 절연층(1530)과 트렌치(1300, 1300')의 측면에 형성된 고반사 절연층(1310, 1330)은 Al이나 Ag보다 반사율이 높은 절연층으로 형성될 수 있으며, 예컨대 Si, Ti, Ta, Nb, In 및 Sn에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. 또한, 상기 고반사 절연층(1310, 1330, 1530)은 SixOyNz, TixOy, TaxOy 및 NbxOy에서 선택된 적어도 두 개의 층을 교대로 적층하여 형성될 수 있으며, 분포 브래그 반사기(DBR)일 수 있다. Here, the highly reflective insulating
분포 브래그 반사기는 교대로 적층되는 고굴절률층과 저굴절률 층의 광학 두께를 조절하여 특정 파장의 광에 대한 반사율을 극대화할 수 있다. 따라서, 활성층(1230)에서 생성되는 광의 파장에 따라 반사율이 최적화된 분포 브래그 반사기를 형성함으로써, 예컨대 자외선, 가시광선 또는 적외선에 대한 높은 반사율을 갖는 고반사 절연층(1310, 1330, 1530)을 형성할 수 있다.The distributed Bragg reflector can maximize the reflectance of light of a specific wavelength by controlling the optical thicknesses of the alternating high and low refractive index layers. Accordingly, by forming a distributed Bragg reflector with an optimized reflectance according to the wavelength of light generated in the
한편, P형 전극패드(1550)와 N형 전극패드(1310, 1330) 사이에 형성된 절연층(1390)도 고반사 절연층(1310, 1330, 1530)과 같은 방식으로 형성할 수 있으며, 이 경우, 고반사 절연층(1310, 1330)과 절연층(1390)을 동일한 공정을 통하여 형성할 수도 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 트렌치(1300, 1300')가 형성된 상태에서 P형 반도체층(1250)의 상부에 투명전극층(1510), 고반사 절연층(1530) 및 P형 전극패드(1550)를 차례로 형성한 후, P형 전극패드(1550)의 상부 일부와 측면을 따라 절연층(1390)을 형성함과 동시에 트렌치(1300, 1300')의 측면에 고반사 절연층(1310, 1330)을 동일한 물질을 이용하여 예를들어, DBR로 형성할 수 있다. 이렇게 할 경우, 즉, 절연층(1390)을 고반사 절연층으로 형성함으로써, 활성층(1230)에서 생성되어 발광 소자 내부에서 순환하는 광을 반사시킬 수 있는 반사 면적을 보다 넓힐 수 있어, 광효율 향상이 더 향상될 수 있다.Meanwhile, the insulating
다시, 도 2를 참조하면, 발광 소자(1000)는 N형 전극패드(1350, 1370) 및 P형 전극패드(1550) 상에 형성된 언더범프금속(UBM; 1410, 1430, 1450)과 이에 대응하여 서브 마운트 기판(1800)상에 형성된 언더범프금속(1610, 1630, 1650) 사이의 접합에 의하여 상기 서브 마운트 기판(1800)에 플립칩 본딩된다. 즉, 발광 소자(1000)는 열압착 플립칩 공법 또는 열압착과 동시에 초음파를 가해주는 방법 등을 통하여, 서브 마운트 기판(1800)에 부가적인 접착물질 없이도 전기적으로 연결될 수 있고, 경우에 따라서는 언더범프금속(UBM; 1410, 1430, 1450)과 언더범프금속(1610, 1630, 1650) 사이에 솔더(미도시)를 위치시켜 전기적으로 연결할 수도 있다. Referring back to FIG. 2, the
여기서, 상기 서브 마운트 기판(1800)은 열전도도가 좋으며, 반도체층들(1210, 1250)과 열팽창계수가 비슷한 물질로 제조된 기판이 좋다. 바람직하게는, Si, Mo, Cu, AlN, BeO, SiC, GaAs 또는 W를 포함하여 형성되는 것이 좋다. 또한, 서브 마운트 기판(1800)에는 언더범프금속(1610, 1630, 1650) 외에도 전류의 공급과 외부로의 와이어 본딩을 위한 P 전극(1710) 및 N 전극(1730)이 형성될 수 있다.The
또한, 도시하지는 않았으나, 서브 마운트 기판(1800) 상면에는, 언더범프금속들(1610, 1630, 1650)과 P형 및 N형 전극(1710, 1730)이 형성된 위치를 제외한 위치에 고반사 절연층을 추가로 형성하여 서브 마운트 기판(1800)을 향한 광을 반사시켜 발광 소자(1000)의 외부로 출사시킴으로써, 발광소자의 발광 효율을 더 높일 수도 있다.Although not shown, a high reflection insulating layer is disposed on the upper surface of the
또한, 상기 언더범프금속(1410, 1430, 1450, 1610, 1630, 1650)은 예를들어, 금을 포함하는 물질로 형성될 수 있으며, Ti/Pt/Au와 같은 적층구조, 또는 Ti/Au, Ni/Au와 Pt/Au 중 선택된 어느 하나의 적층구조로 형성될 수 있다.In addition, the
한편, 본 발명에 따를 때, 도시하지는 않았으나, 레이저 리프트오프 기술을 사용하여, 사파이어 기판(1100)과 N형 반도체층(1210) 사이의 계면에 레이저를 조사함으로써 사파이어 기판(1100)을 분리한 후, 노출된 N형 반도체층(1210)의 상면을 에칭하여 요철을 형성함으로써 광추출 효율을 더 높일 수도 있다.On the other hand, according to the present invention, although not shown, after separating the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고반사 절연층(1310, 1330, 1390, 1530)을 형성함으로써, 반도체 적층 구조체 내부에서 진행하는 광이 반도체층(1210, 1250)이나 전극패드(1350, 1370, 1550)에서 흡수되는 것을 방지하고 이를 반사시켜 발광 다이오드 외부로 출사시킬 수 있으며, 반도체 적층 구조체 내부에서 광 경로를 단축시켜 광효율을 향상시킬 수 있다.
According to one embodiment of the present invention, by forming the high reflection insulating layer (1310, 1330, 1390, 1530), the light propagating inside the semiconductor laminate structure the semiconductor layer (1210, 1250) or electrode pad (1350, 1370, It is possible to prevent the absorption at 1550 and reflect the light to be emitted to the outside of the light emitting diode, and improve the light efficiency by shortening the optical path inside the semiconductor laminate.
이하, 도 5 내지 7을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플립칩형 발광 소자를 설명하기로 한다. 다만, 설명의 간략화를 위하여, 이전 실시예에서와 동일하거나 대응되는 부분의 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, a flip chip type light emitting device according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7. However, in order to simplify the description, overlapping descriptions of the same or corresponding parts as in the previous embodiment will be omitted.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자(2000)는 투명한 기판(2100)상에 형성된 N형 반도체층(2210), 활성층(2230) 및 P형 반도체층(2250)의 발광 다이오드를 서브마운트 기판(2800)에 플립칩 본딩함으로써 형성할 수 있다.As shown in FIG. 5, the
구체적으로, 발광 소자(2000)의 제조방법을 살펴보면, 예를들어, 사파이어 기판 상에 N형 반도체층(2210), 활성층(2230) 및 P형 반도체층(2250)을 순차적으로 형성한 후, N형 반도체층(2210), 활성층(2230) 및 P형 반도체층(2250)의 일부를 메사 에칭으로 식각하여 N형 반도체층(2210)의 일부가 노출되도록 한다. Specifically, looking at the manufacturing method of the
이 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 메사 에칭시 반도체 적층 구조체의 측면에 일정한 기울기를 형성함으로써, 하부의 N형 반도체층(2210)의 폭에 비하여 상부의 P형 반도체층(2250)의 폭이 더 좁아지게 할 수 있다. 이렇게 함으로써, 후술할 고반사 절연층(2550)이 경사져 있는 반도체 적층 구조체의 측면에 증착될 수 있으며, 고반사 절연층(2550)에 의해 광이 발광 소자의 외부로 반사될 수 있어 광효율을 증가시킬 수 있다.In this case, as shown in FIG. 6, by forming a predetermined slope on the side of the semiconductor laminate structure during mesa etching, the width of the upper P-
다음으로, P형 반도체층(2250)의 표면에 투명전극층(2530)을 형성하고, 그 상부에 다시 P형 전극패드(2550)를 순차적으로 형성할 수 있다. 여기서, 투명전극층(2530)은 Ni/Au, ITO, TCO 또는 NiO, ZnO 등의 금속 또는 금속산화물로 이루어져, P형 반도체층(2250)과 오믹컨택함으로써, 반도체와 금속간의 접촉 저항을 낮게 형성하고 전류 확산 성질이 있으므로 전류 흐름을 원활하게 하는데 기여한다.Next, the
한편, 상기 메사 에칭으로 노출된 N형 반도체층(2210)의 상부 표면에는 오믹컨택용 투명메탈층(2310, 2330)을 형성하고 그 상부에 N형 전극패드(2350, 2370)를 형성할 수 있다. 여기서, N형 전극패드(2350, 2370)는 종래의 발광 소자와 달리, 예를들어, 2개 이상의 복수개가 형성될 수 있으며, 도 5를 참조하면, P형 전극패드(2550)의 양측에 인접하게 N형 전극패드들(2350,2370)이 형성될 수 있다. 이렇게 복수개의 N형 전극패드들(2350, 2370)을 형성함으로써, 종래 발광 소자에 비하여 전류 확산이 향상될 수 있다. On the other hand, the
대안적으로는, 반도체 적층 구조체의 측면 경사를 형성하도록, N형 반도체층(2210)을 제외하고, 활성층(2230) 및 P형 반도체층(2250)만을 메사 에칭으로 일부 식각 한 후, 도 2에 도시된 바와 같은 트렌치를 형성하고, 트렌치의 측벽에 절연층을 형성한 후 그 내부 공간에 N형 전극패드를 형성할 수도 있다.Alternatively, only the
다음으로, 도 7을 참조하면, P형 전극패드(2550)와 N형 전극패드(2350, 2370) 사이를 고반사 절연층(2390)을 이용하여 절연시킬 수 있다. 이 경우, 고반사 절연층(2390)은 종래의 보호층(passivation layer)의 역할 외에도, 반사층의 역할을 더 할 수 있어, 광추출 효율 향상에 기여할 수 있다.Next, referring to FIG. 7, the P-
여기서, 고반사 절연층(2390)은 Al이나 Ag보다 반사율이 높은 절연층으로 형성될 수 있으며, 예컨대 Si, Ti, Ta, Nb, In 및 Sn에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. 또한, 상기 고반사 절연층(2390)은 SixOyNz, TixOy, TaxOy 및 NbxOy에서 선택된 적어도 두 개의 층을 교대로 적층하여 형성될 수 있으며, 분포 브래그 반사기(DBR)일 수 있다. Here, the high
분포 브래그 반사기는 교대로 적층되는 고굴절률층과 저굴절률 층의 광학 두께를 조절하여 특정 파장의 광에 대한 반사율을 극대화할 수 있다. 따라서, 활성층(2230)에서 생성되는 광의 파장에 따라 반사율이 최적화된 분포 브래그 반사기를 형성함으로써, 예컨대 자외선, 가시광선 또는 적외선에 대한 높은 반사율을 갖는 고반사 절연층(2390)을 형성할 수 있다.The distributed Bragg reflector can maximize the reflectance of light of a specific wavelength by controlling the optical thicknesses of the alternating high and low refractive index layers. Accordingly, by forming a distributed Bragg reflector with optimized reflectance according to the wavelength of light generated in the
또한, 고반사 절연층(2390)은 언더범프금속(2410, 2430, 2450)의 형성 위치를 고려하여, N형 전극패드(2350, 2370)와 P형 전극패드(2550)의 상부 일부 영역을 노출시키며 형성될 수 있다. In addition, the highly reflective insulating
대안적으로, 도시하지는 않았으나, 서브 마운트 기판(2800) 상면에도, 언더범프금속들(2610, 2630, 2650)과 P형 및 N형 전극(2710, 2730)이 형성된 위치를 제외한 위치에 고반사 절연층을 추가로 형성하여 서브 마운트 기판(2800)을 향한 광을 반사시켜 발광 소자(2000)의 외부로 출사시킴으로써, 발광소자의 발광 효율을 더 높일 수도 있다.Alternatively, although not shown, high reflection insulation is also performed on the upper surface of the
다음으로, 발광 다이오드에 형성된 언더범프금속(2410, 2430, 2450)과 서브마운트 기판(2800) 상에 형성된 언더범프금속(2610, 2630, 2650)을 정렬시킨 후, 플립칩 본딩할 수 있다.Next, the
여기서, 상기 서브 마운트 기판(2800)은 열전도도가 좋은 것이 선택되는 것이 좋으며 또한, 반도체층들(2210, 2250)과 열팽창계수가 비슷한 물질이면 더욱 좋다. 바람직하게는, Si, Mo, Cu, AlN, BeO, SiC, GaAs 또는 W를 포함하여 형성되는 것이 좋다. 서브 마운트 기판(2800)에는 언더범프금속(2610, 2630, 2650) 외에도 외부 전원이 인가되는 P 전극(2710) 및 N 전극(2730)이 형성될 수 있다. In this case, the
또한, 상기 언더범프금속(2410, 2430, 2450, 2610, 2630, 2650)은 예를들어, 금을 포함하는 물질로 제조될 수 있으며, Ti/Pt/Au와 같은 적층구조, 또는 Ti/Au, Ni/Au와 Pt/Au 중 선택된 어느 하나의 적층구조로 형성될 수 있다. 이때, 언더범프금속(2410, 2430, 2450)과 언더범프금속(2610, 2630, 2650)은 솔더(미도시)를 매개하여 접합될 수도 있다.In addition, the
한편, 본 발명에 따를 때, 레이저 리프트오프 기술을 사용하여, 사파이어 기판(2100)과 N형 반도체층(2210) 사이의 계면에 레이저를 조사함으로써 사파이어 기판(2100)을 분리한 후, 도 8과 같이 노출된 N형 반도체층(2210)의 상면을 에칭하여 요철을 형성함으로써 광추출 효율을 더 높일 수도 있다. 구체적으로는, 노출된 N형 반도체층(2210)의 표면을 건식 혹은 습식 식각방법으로 나노 또는 마이크로 단위의 굴곡을 형성시킴으로써 광자(photon)들이 외부 공기 중으로 나올 수 있는 확률을 높이는 것도 가능하다.
On the other hand, according to the present invention, after separating the
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 발광 다이오드 측면을 경사지게 형성하고 그 경사면에 고반사 절연층(2390)을 형성함으로써, 반도체 적층 구조체 내부에서 진행하는 광이 반도체층이나 전극패드에서 흡수되는 것을 방지하고 이를 반사시켜 발광 다이오드 외부로 출사시킬 수 있으며, 반도체 적층 구조체 내부에서 광 경로를 단축시켜 광효율을 향상시킬 수 있다.
According to another embodiment of the present invention, the side surface of the light emitting diode is formed to be inclined and the high
이상, 본 발명의 몇몇 실시예들에 대해 예시적으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 앞서 설명된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 더 잘 이해할 수 있도록 설명하기 위한 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 권리 범위는 이러한 실시예들에 의해 한정되지 않으며, 아래 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
While some embodiments of the present invention have been described above by way of example, those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations can be made without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the embodiments described above should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention but merely for better understanding. The scope of the present invention is not limited by these embodiments, and should be interpreted by the following claims, and the technical spirit equivalent to the scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention.
10: 사파이어 기판 12: N형 반도체층
14: 활성층 16: P형 반도체층
18: 투명전극층 20: P형 전극패드
24: n-메탈 컨택층 26: N형 전극패드
22, 28: 범프 29: 절연층
1100, 2100: 사파이어 기판 1210, 2210: N형 반도체층
1230, 2230: 활성층 1250, 2250: P형 반도체층
1300, 1300': 트렌치 1330, 1530, 2390: 고반사 절연층
1710, 2710: p-전극 1730, 1230: n-전극
1800, 2800: 서브마운트 기판10: sapphire substrate 12: N-type semiconductor layer
14: active layer 16: P-type semiconductor layer
18: transparent electrode layer 20: P-type electrode pad
24: n-metal contact layer 26: N-type electrode pad
22, 28 bump 29: insulation layer
1100 and 2100:
1230 and 2230:
1300, 1300 ':
1710, 2710: p-
1800, 2800: submount substrate
Claims (12)
상기 기판상에 형성된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층;
상기 제2 도전형 반도체층의 상부 표면으로부터 상기 제1 도전형 반도체층의 소정의 깊이까지 형성된 트렌치; 및
상기 트렌치의 측면을 커버하는 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.Board;
A first conductivity type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor layer formed on the substrate;
A trench formed from a top surface of the second conductive semiconductor layer to a predetermined depth of the first conductive semiconductor layer; And
Light-emitting device comprising an insulating layer covering the side of the trench.
상기 트렌치는 적어도 두 개 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method according to claim 1,
At least two trenches are formed.
상기 트렌치 내부의 공간에 형성된 제1 전극을 더 포함하는 발광 소자.The method according to claim 2,
The light emitting device further comprises a first electrode formed in the space inside the trench.
상기 제1 전극의 전체적인 형상은 T자형인 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method according to claim 3,
The overall shape of the first electrode is a light emitting device, characterized in that the T-shape.
상기 절연층은 고굴절률층과 저굴절률층을 교번 적층하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method according to claim 1,
The insulation layer is formed by alternately stacking a high refractive index layer and a low refractive index layer.
상기 기판상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 적층하는 단계;
상기 제2 도전형 반도체층의 상부 표면으로부터 상기 제1 도전형 반도체층의 소정의 깊이까지 홈을 파서 트렌치를 형성하는 단계; 및
상기 트렌치의 측면을 커버하는 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조방법.Preparing a transparent substrate;
Stacking a first conductive semiconductor layer, an active layer and a second conductive semiconductor layer on the substrate;
Forming a trench by digging a groove from an upper surface of the second conductive semiconductor layer to a predetermined depth of the first conductive semiconductor layer; And
Forming an insulating layer covering the side of the trench manufacturing method of a light emitting device.
상기 기판상에 형성된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체로서, 측면 경사부를 갖는 상기 반도체 적층 구조체; 및
상기 반도체 적층 구조체의 상기 측면 경사부에 적층된 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.Board;
10. A semiconductor laminated structure comprising a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer formed on the substrate, comprising: the semiconductor laminated structure having a side slope; And
And an insulating layer laminated on the side inclined portions of the semiconductor laminate.
상기 제1 도전형 반도체의 노출된 상면에 형성된 두개 이상의 제1 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method according to claim 7,
And at least two first electrodes formed on the exposed top surface of the first conductivity type semiconductor.
상기 제2 도전형 반도체층의 상부 표면으로부터 상기 제1 도전형 반도체층의 소정의 깊이까지 형성된 트렌치의 내부에 형성된 제1 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method according to claim 7,
And a first electrode formed in a trench formed from an upper surface of the second conductive semiconductor layer to a predetermined depth of the first conductive semiconductor layer.
상기 제1 도전형 반도체와 상기 기판의 경계면에는 소정 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method according to claim 7,
The light emitting device according to claim 1, wherein predetermined irregularities are formed on an interface between the first conductive semiconductor and the substrate.
상기 기판상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 적층하여 반도체 적층 구조체를 형성하는 단계;
상기 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 식각하여 상기 반도체 적층 구조체에 측면 경사부를 형성하는 단계; 및
상기 반도체 적층 구조체의 상기 측면 경사부에 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자.Preparing a transparent substrate;
Stacking a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer on the substrate to form a semiconductor laminate structure;
Etching side surfaces of the first conductive semiconductor layer, the active layer, and the second conductive semiconductor layer to form a side slope portion in the semiconductor stacked structure; And
And forming an insulating layer on the side inclined portion of the semiconductor laminate.
상기 절연층을 형성하는 단계는 고굴절률층과 저굴절률층을 교번 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method according to claim 11
Forming the insulating layer comprises a step of alternately stacking a high refractive index layer and a low refractive index layer.
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