KR20130108048A - 함몰전극 및 광 인출구조를 가지는 발광다이오드(led) 다이 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
발광다이오드(LED) 다이는, n-타입 가둠층, 상기 n-타입 가둠층에 전기접촉되어 전자기 방사를 방출하도록 구성된 다중양자우물(MQW)층, 상기 다중양자우물(MQW)층에 전기접촉을 가지는 가지는 p-타입 가둠층을 가지는 반도체 기판; 전자기 방사를 산란시키도록 구성된 n-타입 가둠층 상의 복수의 광 인출구조; 및 상기 광 인출구조 근방의 n-타입 가둠층 내에 내재된 함몰부 내의 전극을 포함한다. 그 제조방법은, 반도체 기판을 형성하는 단계; 측벽 및 평탄한 바닥면을 가지는 n-타입 가둠층 내에 함몰부를 형성하는 단계; 함몰부 내에 함몰부의 측벽 및 바닥면에 상응되도록 도전성 재료로 이루어지는 전극을 형성하는 단계; 전극을 평탄화하는 단계; 및 전극 근방의 n-타입 가둠층 내에 복수의 광 인출구조를 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은, 개략적으로 광전자 장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는, 발광다이오드(LED) 다이, 및 상기 발광다이오드(LED) 다이의 제조방법에 관한 것이다.
발광다이오드(LED) 다이는, GaN과 같은 화합물 반도체 재료로 만들어지는 다층 반도체 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 반도체 기판은, p-타입 불순물을 가지는 p-타입 가둠(confinement)층, n-타입 불순물을 가지는 n-타입 가둠층, 및 상기 가둠층들 사이에 배치되어 전자기 방사를 방출하도록 구성된 다중양자우물(MQW)층을 포함할 수 있다. 발광다이오드(LED) 다이는 또한, 바깥쪽으로 외부연결을 이루기 위한 n-전극 및 p-전극을 포함한다. 수직형 발광다이오드(VLED)에 있어서는, 반도체 기판은, 수직으로 분리되어 있는 n-전극과 p-전극 사이에 위치되어 있다. 수평형 발광다이오드(LED) 다이에 있어서는, n-전극과 p-전극은 반도체 기판 상에서 개략적으로 서로 평면적으로 더욱 분리되어 있다.
양쪽 타입의 다이에 있어서, 적어도 하나의 전극이 다중양자우물(MQW)층에서의 전자기 방사를 차단 및 흡수하여, 전자 발광의 강도를 저하시킬 수 있다. 예컨대, 수직형 발광다이오드(VLED) 다이에 있어서, n-전극이 다중양자우물(MQW)층에 의하여 방출되는 전자기 방사의 경로 내에 바로 있는 n-타입 가둠층 상에 위치될 수 있다. 이 흡수 때문에, n-전극의 표면을 가능한 한 작게 만들 필요가 있다. 하지만, 수직형 발광다이오드(VLED) 다이의 구조 및 형태는, n-전극을 상대적으로 크게 만들 수도 있다. 예컨대, 수직형 발광다이오드(VLED) 다이의 한 형태는, n-타입 가둠층 상의 조면화된(roughened) 요소와 같은 광 인출구조를 포함한다.
이런 조면화된 인출구조에 근접하여 형성되어 있는 n-전극은 또한, 증가된 표면적을 가질 수 있고, 이는 방사를 차단하여 인출구조의 장점을 저감시킨다. 이 상황이 도 1에 도시되어 있다. 종래기술의 수직형 발광다이오드(VLED) 다이(10)는, n-전극(14)과 전기접촉을 하는 n-타입 가둠층(12), 전자기 방사를 방출하도록 구성된 다중양자우물(MQW)층(16), 및 p-전극(20)과 전기접촉을 하는 p-타입 가둠층/반사기(18)를 포함한다. 또한, n-타입 가둠층(12)은, 광 산란을 제공하는 다면화된 요소의 형태를 가지는 광 인출구조(24)를 포함한다. 하지만, 도 1에 있어서 원으로 에워싼 영역(22)으로 나타낸 바와 같이, n-전극(14)은, 광 인출구조(24) 상의 금속의 증착으로 인하여, 증가된 표면적을 가진다.
다른 문제점은, n-전극(14)의 제조 동안에, 로딩효과(loading effect)가 생길 수 있고, 이는 인출구조(24)의 조도(粗度) 및 그 효과를 감소시킨다는 것이다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 수직형 발광다이오드(VLED) 다이(10)의 제조공정 동안에, n-전극(14)(도 1)용 금속이 증착될 영역을 보호하기 위하여, 마스크(26)가 이용될 수 있다. 하지만, 도 2에 있어서 원으로 에워싼 영역(28)으로 나타낸 바와 같이, 마스크(26)는 로딩효과를 가질 수 있고, 이로써 광 인출구조(24)의 조도가 마스크(26)의 엣지를 따라서 감소된다. 또한, 포토리소그라피 공차의 한계로 인하여, 광 인출구조(24)에 악영향을 주지 않으면서 전극(14)을 형성하는 것은 어렵다.
이들 문제점에 대한 하나의 해결책으로서 제안되는 것은, 광 인출구조(24) 상에 직접 n-전극(14)을 형성하는 것일 것이다. 하지만, 광 인출구조(24) 상의 직접 증착은, 거친 표면을 가지는 n-전극(14)을 형성할 수 있는데, 이는, 증착된 전극 및 도체에 있어서 상대적으로 높은 전기저항을 야기하는 것으로 알려져 있다. 또한, n-전극(14)의 조면화된 표면은, 외부 전기연결(예컨대, 와이어본드)에 대한 높은 접촉저항을 야기할 수 있다. n-전극(14)과 n-타입 가둠층(12) 사이의 접촉저항은, n-타입 가둠층(12) 내의 낮은 불순물 수준으로 인하여 더욱 발생할 수도 있다. 하지만, n-전극(14)의 형성을 위한 MOCVD 공정에 있어서의 필름 결함을 감소시키기 위해서는, 낮은 불순물 수준이 요구된다.
본 발명은, 광 인출구조와, 전자기 방사의 흡수를 최소화하기 위하여 작은 표면적을 가지지만 높은 전기도전성, 낮은 접촉저항 및 평탄한 형태를 가지는, 적어도 하나의 전극을 가지는 발광다이오드(LED) 다이에 관한 것이다. 또한, 상기 발광다이오드(LED) 다이를 제조하는 방법 및 상기 다이를 포함하는 발광다이오드(LED) 시스템을 제공한다.
발광다이오드(LED) 다이는, n-타입 가둠(confinement)층, 상기 n-타입 가둠층과 전기접촉을 가지고 전자기 방사를 방출하도록 구성된 다중양자우물(MQW)층, 및 상기 다중양자우물(MQW)층과 전기접촉을 가지는 p-타입 가둠층으로 이루어지는 다층 반도체 기판; 상기 전자기 방사를 산란시키도록 구성된 상기 n-타입 가둠층 상의 복수의 광 인출구조; 및 상기 n-타입 가둠층과 전기접촉하는 상기 광 인출구조 근방의 상기 n-타입 가둠층 내에 내재된 함몰부(recess) 내의 전극으로 이루어지고, 상기 함몰부는, 측벽 및 바닥면을 가지고, 상기 전극은, 상기 함몰부의 상기 측벽 및 바닥면과 상응한다.
그리고, 발광다이오드(LED) 다이의 제조방법은, n-타입 가둠층, 상기 n-타입 가둠층과 접기접촉을 가지고 전자기 방사를 방출하도록 구성된 다중양자우물(MQW)층, 및 상기 다중양자우물(MQW)층과 전기접촉을 가지는 p-타입 가둠층으로 이루어지는 다층 반도체 기판을 형성하는 단계; 상기 n-타입 가둠층 내에 측벽 및 평탄한 바닥면을 가지는 함몰부를 형성하는 단계; 상기 함몰부 내에 상기 함몰부의 측벽 및 바닥면과 상응하는 전극을 도전성 물질로 형성하는 단계; 상기 전극을 평탄화하는 단계; 및 상기 전극의 근방의 n-타입 가둠층 내에 복수의 광 인출구조를 형성하는 단계로 이루어진다.
또한, 발광다이오드(LED) 다이의 다른 제조방법은, n-타입 가둠층, 상기 n-타입 가둠층과 전기접촉을 가지고 전자기 방사를 방출하도록 구성된 다중양자우물(MQW)층, 및 상기 다중양자우물(MQW)층과 전기접촉을 가지는 p-타입 가둠층으로 이루어지는 다층 반도체 기판을 형성하는 단계; 상기 n-타입 가둠층 내에 복수의 광 인출구조를 형성하는 단계; 상기 광 인출구조 근방의 상기 n-타입 가둠층 내에 측벽 및 평탄한 바닥면을 가지는 함몰부를 형성하는 단계; 상기 함몰부 내에 도전성 물질로 이루어지고 상기 함몰부의 상기 측벽 및 바닥면에 상응하는 전극을 형성하는 단계; 및 상기 전극을 평탄화하는 단계로 이루어진다.
본 발명에 의하면, 광 인출구조와, 전자기 방사의 흡수를 최소화하기 위하여 작은 표면적을 가지지만 높은 전기도전성, 낮은 접촉저항 및 평탄한 형태를 가지는, 적어도 하나의 전극을 가지는 발광다이오드(LED) 다이와, 상기 발광다이오드(LED) 다이를 제조하는 방법 및 상기 다이를 포함하는 발광다이오드(LED) 시스템이 제공된다.
도면의 참조그림에 예시적 실시예들이 도시되어 있다. 여기 개시된 실시예와 도면들은, 제한을 위한 것이 아니라 예시적인 것으로 해석되어야 한다.
도 1은, 종래기술의 수직형 발광다이오드(VLED) 다이의 개략 단면도이다.
도 2는, 수직형 발광다이오드(VLED) 다이에 대한 종래기술의 제조공정의 개략 단면도이다.
도 3은, 함몰전극 및 광 인출구조를 가지는 발광다이오드(LED) 다이의 개략 단면도이다.
도 4는, 발광다이오드(LED) 다이를 포함하는 발광다이오드(LED) 시스템의 개략 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는, 발광다이오드(LED) 다이를 제조하는 방법에 있어서의 단계를 예시하는 개략 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는, 발광다이오드(LED) 다이를 제조하는 다른 방법에 있어서의 단계를 예시하는 개략 단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는, 발광다이오드(LED) 다이를 제조하는 다른 방법에 있어서의 단계를 예시하는 개략 단면도이다.
도 8은, 발광다이오드(LED) 다이를 제조하는 다른 방법에 있어서의 단계를 예시하는 개략 단면도이다.
도 1은, 종래기술의 수직형 발광다이오드(VLED) 다이의 개략 단면도이다.
도 2는, 수직형 발광다이오드(VLED) 다이에 대한 종래기술의 제조공정의 개략 단면도이다.
도 3은, 함몰전극 및 광 인출구조를 가지는 발광다이오드(LED) 다이의 개략 단면도이다.
도 4는, 발광다이오드(LED) 다이를 포함하는 발광다이오드(LED) 시스템의 개략 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는, 발광다이오드(LED) 다이를 제조하는 방법에 있어서의 단계를 예시하는 개략 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는, 발광다이오드(LED) 다이를 제조하는 다른 방법에 있어서의 단계를 예시하는 개략 단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는, 발광다이오드(LED) 다이를 제조하는 다른 방법에 있어서의 단계를 예시하는 개략 단면도이다.
도 8은, 발광다이오드(LED) 다이를 제조하는 다른 방법에 있어서의 단계를 예시하는 개략 단면도이다.
도 3을 참조하면, 발광다이오드(LED) 다이(30)가 도시되어 있다. 발광다이오드(LED) 다이(30)는, 수직형 발광다이오드(VLED)의 형태이다. 간략화를 위하여, 발광다이오드(LED) 다이(30)의 여러 요소들이 도시되어 있지 않다. 하지만, 이 타입의 수직형 발광다이오드(VLED) 다이는, 미국특허 제7,615,789호 내에 더욱 기재되어 있고, 그 내용은 여기에 참조에 의하여 결합되어 있다. 발광다이오드(LED) 다이(30)가 수직형 발광다이오드(VLED)로 설명되고 있지만, 여기 설명되는 개념은 평탄한 전극 구조를 가지는 것 등의 다른 타입의 발광다이오드(LED) 다이들에도 역시 적용될 수 있음은 당연하다.
발광다이오드(LED) 다이(30)는, n-타입 가둠층(34), 상기 n-타입 가둠층(34)에 전기접촉하고 전자기 방사를 방출하도록 구성된 다중양자우물(MQW)층(36), 상기 다중양자우물(MQW)층(36)에 전기접촉하는 p-타입 가둠층(38), 및 반사층(40)을 가지는 에피택셜 스택 형태의 다층 반도체 기판(32)을 포함한다.
상기 n-타입 가둠층(34)은 바람직하게는, n-GaN으로 이루어진다. 상기 n-타입 가둠층(34) 용도의 다른 적절한 재료는, n-AlGaN, n-InGaN, n-AlInGaN, AlInN 및 n-AlN을 포함한다. 상기 다중양자우물(MQW)층(36)은 바람직하게는, InGaN/GaN, AlGaInN, AlGaN, AlInN 및 AlN의 1 이상의 층으로 이루어지는 1 이상의 양자우물을 포함한다. 상기 p-타입 가둠층(38)은 바람직하게는, p-GaN으로 이루어진다. 상기 p-타입 가둠층(38) 용도의 다른 적절한 재료는, p-AlGaN, p-InGaN, p-AlInGaN, p-AlInN 및 p-AlN을 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 발광다이오드(LED) 다이(30)는 또한, 상기 n-타입 가둠층(34) 상에 복수의 광 인출구조(42)를 포함한다. 미국특허 7,186,580 B2; 7,413,918 B2; 7,432,119 B2; 7,524,686 B2; 7,563,625 B2; 7,897,420 B2 및 8,008,678 B2는, 그 모두가 여기에 참조로 통합되어 있고, 이들은 인출구조를 가지는 수직형 발광다이오드(VLED) 다이및 그 제조방법을 개시하고 있다. 예컨대, 상기 광 인출구조(42)는, 복수의 랜덤 피크(peak)와 밸리(valley)로 이루어지는 상기 n-타입 가둠층(34)의 조면화된 표면으로 이루어질 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 발광다이오드(LED) 다이(30)는 또한, 광 인출구조(42) 근방의 n-타입 가둠층(34) 내에 내재된 함몰 n-전극(44), 및 p-전극(46)을 포함한다. n-전극(44) 및 p-전극(46)은, W, Ti, Mo, Al, Cu, Ni, Ag, Au 또는 Co와 같은 금속의 단일층, Cu-Co 또는 Cu-Mo와 같은 금속합금, 또는 Ni/Cu 또는 Ni/Cu-Mo와 같은 금속스택과 같은 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 또한, p-전극(46)은, n-전극(44)보다 큰 표면적을 가질 수 있고, 이는 발광다이오드(LED) 다이(30)의 측부를 실질적으로 커버할 수 있다.
n-전극(44)은, n-타입 가둠층(34) 내의 함몰부(48) 내에 형성되어 있기 때문에, 발광다이오드(LED) 다이(10)(도 1) 상의 종래기술의 전극(14)(도 1)과는 다르다. 함몰부(48)는 측벽(50)을 포함한다. 또한, n-전극(44)을 형성하는 금속은, 측벽(50)에 상응되며, 이는 n-타입 가둠층(34)과의 전기접촉을 위한 보다 큰 표면적을 제공하여, n-전극(44)과 n-타입 가둠층(34) 사이의 낮은 접촉저항(RCNP)을 제공한다. 또한, n-전극(44)은, 매끄러운 평탄 표면(56)을 가지는데, 이는 함몰부(48)의 바닥면(52)이 역시 매끄럽고 평탄할 수 있기 때문이며, 이로써, 와이어본드(54)(도 4)와 같이, 외부세계에 대하여 낮은 접촉저항(RCO)을 제공한다. 또한, n-전극(44)은, 조면화된 광 인출구조(42) 상에 증착되어 있는 것이 아니라, n-타입 가둠층(34) 내에 내재되어 있고, 이것이 또한 n-전극(44)을 조면화할 것이다. 예시적인 실시예에 있어서는, n-전극이 다각형 외관형상(예컨대, 정사각형, 직사각형)을 가지지만, 다른 외관형상(예컨대, 원형, 타원형)으로 형성될 수도 있다. 또한, 함몰부(48)는, 개략 다각형 형상을 가지지만, 원형 또는 반구형 형상이 될 수도 있다. 또한, 함몰부(48)의 깊이(D), n-전극(44)의 두께(T) 및 광 인출구조(42)의 높이(H)는, n-전극(44)의 표면(56)이 광 인출구조(42)의 피크에 대하여 함몰되도록 선택될 수 있다. 또는, 도 5d에 도시된 바와 같이, 광 인출구조(42)의 피크는, n-전극(44)의 표면(56)에 대략 평탄할 수도 있다. 또한, 함몰부(48)의 치수는, n-전극(44)이 광 인출구조(42) 및 n-타입 가둠층(34)의 형태에 의하여 영향을 받지 않는 작은 표면적을 가지도록 선택될 수 있다.
도 4를 참조하면, 발광다이오드(LED) 시스템(58)은, 기판(60), 상기 기판(60)에 탑재된 발광다이오드(LED) 다이(30), 및 상기 발광다이오드(LED) 다이(30)를 에워싸고, 전기절연성 및 광투과성인 보호층(70)을 포함한다. 예시적 목적으로, 발광다이오드(LED) 시스템(58)은, 기판(60)에 탑재된 단 하나의 발광다이오드(LED) 다이(30)를 가지는 것으로 도시되어 있다. 하지만, 실제로는, 발광다이오드(LED) 시스템(58)은, 기판(60)에 탑재되고, 원하는 배열로 배열되어, LED 디스플레이와 같은 광전자 장치를 형성하는, 복수의 발광다이오드(LED) 다이(30)를 포함할 수 있다. 기판(60)은, 실리콘(Si)과 같은 반도체 재료, 또는 GaAs, SiC, AlN, Al2O3, 또는 사파이어와 같은 다른 재료로 이루어질 수 있다. 기판(60)은, 캐비티(62)를 포함하고, 그 속에 발광다이오드(LED) 다이(30)가 탑재된다. 전기 도전성인 다이 부착층(66)이, 발광다이오드(LED) 다이(30)를 기판(60)에 부착한다. 또한, 와이어본딩된 와이어(64)가, n-전극(44)을 기판(60) 상의 전극(68)에 전기적으로 연결한다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 발광다이오드(LED) 다이(30)를 제조하는 방법의 단계들이 예시되어 있다. 이 방법은, 바람직하게는, 웨이퍼를 이용하여 웨이퍼 레벨에서 수행되고, 그 후, 개별 다이로 개편(個片)화된다. 우선, 도 5a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(32)은, 기상위상 에피택시(VPE), 분자빔 에피택시(MBE) 또는 액상위상 에피택시(LPE)와 같은 적절한 증착공정을 이용하여 캐리어(미도시) 상에 형성될 수 있다. 반도체 기판(32)은, n-타입 가둠층(34), 다중양자우물(MQW)층(36), p-타입 가둠층(38) 및 반사층(40)을 포함한다. 이들 요소는, 앞서 인용된 미국특허에 개시된 바와 같은 공지의 기술을 이용하여 형성될 수 있다.
다음으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 함몰부를 형성하는 단계가 수행되어, n-타입 가둠층(34) 내에 함몰부(48)를 형성할 수 있다. 비록 단 하나의 함몰부(48)가 예시되어 있지만, 웨이퍼 레벨의 공정을 이용하여, 복수의 함몰부들이 형성될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 함몰부를 형성하기 위한 적절한 공정 중의 하나는, 마스크를 통한 에칭(예컨대, 웨트, 드라이, RIE)으로 이루어진다. 함몰부(48)의 형상에 따라서는, 다른 적절한 공정으로서 레이저 커팅, 소우(saw) 커팅, 다이어몬드 커팅, 및 워터제팅(water jetting)을 포함한다. 함몰부 형성단계의 후에는, 에치 마스크 또는 기타 보호 코팅을 제거하기 위하여 기판(32)이 액체 또는 솔벤트로 클리닝될 수 있다. 폭(W) 및 깊이(D)와 같은 함몰부(48)의 치수는, n-전극을 필요에 따라 가능한 한 작은 표면적을 만들도록 바람직하게 선택될 수 있다. 또한, 에칭공정에 따라서, 측벽(50)은 경사질 수 있고, 바닥면(52)은 매끄럽고 평탄하게 될 수 있다.
또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 전극형성 단계가 수행될 수 있다. 이 단계 동안에, 적절한 증착 공정을 이용하여, 금속의 싱글 층 또는 복수 층들이 함몰부 내에 증착되어, n-전극(44)을 형성할 수 있다. 적절한 증착 공정은, 전착(electro-deposition), 무전해도금(electroless-deposition), 화학 기상증착(CVD), 플라즈마강화 화학 기상증착(PECVD), 물리 기상증착(PVD), 증착(evaporation), 리프트오프(lift-off), 및 플라즈마 스프레이(plasma spray)를 포함한다. n-전극(44)은, W, Ti, Mo, Al, Cu, Ni, Ag, Au 또는 Co와 같은 싱글층의 금속, Cu-Co 또는 Cu-Mo와 같은 금속합금, 또는 Ni/Cu 또는 Ni/Cu-Mo와 같은 금속스택으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 도 5c에 도시된 바와 같이, n-전극(44)를 평탄화하기 위한 적절한 공정을 이용하여, 평탄화 단계가 수행될 수 있다. 적절한 공정은, 연마, 화학 기계적 평탄화(CMP) 및 에칭을 포함한다. 또한, 도 5c에 도시된 바와 같이, 후속되는 광 인출구조(42)의 형성단계 동안의 보호를 위하여, n-전극(44) 상에 마스크(72)가 형성될 수도 있다.
다음으로, 도 5d에 도시된 바와 같이, 광 인출구조(42)를 형성하기 위하여 광 인출구조 형성단계가 수행될 수 있다. 이 단계는, 실질적으로 앞서 언급된 미국특허에 개시되어 있는 방식으로 수행될 수 있다. 광 인출구조를 형성하기 위한 적절한 공정은, 웨트에칭, 포토 향상된 웨트에칭, 드라잉에칭, 또는 광전자화학(PEC) 산화 및 에칭을 포함한다. 또는, 실질적으로 앞서 언급된 미국특허에 개시되어 있는 적절한 공정을 이용하여 폴리스티렌 볼(ball)이 n-타입 가둠층(34)에 부착될 수 있다.
도 6a 내지 도 6d를 이용하여, 발광다이오드(LED) 다이(30)를 제조하기 위한 다른 방법에 있어서의 단계를 설명한다. 이 방법도 바람직하게는, 웨이퍼를 이용하여 웨이퍼 레벨에서 수행되고, 그 후 개별 다이들로 개편화된다. 먼저, 반도체 기판(32)은, 앞서 설명된 바와 같이, n-타입 가둠층(34), 다중양자우물(MQW)층(36), p-타입 가둠층(38) 및 반사층(40)으로 형성될 수 있다. 간소화를 위하여, 도 6a 내지 도 6d에는, n-타입 가둠층(34)만이 도시되어 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 광 인출구조 형성 단계가 수행되어, 실질적으로 앞서 설명되고 도 5d에 도시된 바와 같이, 광 인출구조(42)를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 함몰부 형성 단계가 수행되어, 광 인출구조(42)를 가지는 n-타입 가둠층(34) 내에 함몰부(48)를 형성할 수 있다. 이 단계는, 실질적으로 앞서 설명되고 도 5b에 도시된 바와 같이 수행될 수 있다.
다음으로, 도 6c에 도시된 바와 같이, 전극 형성 단계가 수행되어, 적절한 증착 공정을 이용하여 싱글 금속 또는 복수의 금속층이 함몰부 내에 증착되어, n-전극(44)을 형성할 수 있다. 이 단계는, 실질적으로 앞서 설명되고 도 5b에 도시된 바와 같이 수행될 수 있다. 또한, n-전극(44)은, 1 이상의 평탄화층을 포함하는 복층을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 6d에 도시된 바와 같이, 평탄화 단계가 적절한 공정을 이용하여 수행되어, n-전극(44)을 평탄화하여, 평탄 표면(56)을 형성할 수 있다. 이 단계는, 실질적으로 앞서 설명되고 도 5d에 도시된 바와 같이 수행될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하여, 발광다이오드(LED) 다이(30)를 제조하기 위한 또다른 방법의 단계를 설명한다. 이 방법도 바람직하게는, 웨이퍼를 이용하여 웨이퍼 레벨에서 수행되고, 그 후 개별 다이로 개편화된다. 먼저, 반도체 기판(32)은, 앞서 설명된 바와 같이, n-타입 가둠층(34), 다중양자우물(MQW)층(36), p-타입 가둠층(38) 및 반사층(40)으로 형성될 수 있다. 단순화를 위하여, 도 7a 내지 도 7c에는, n-타입 가둠층(34)만이 도시되어 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 함몰부 형성 단계가 에칭/리프트오프 마스크(72) 및 에칭 공정을 이용하여, 실질적으로 앞서 설명되고 도 5b에 도시된 바와 같이 수행된다.
다음으로, 도 7b에 도시된 바와 같이, 에칭/리프트오프 마스크(72) 및 첨가물 또는 "리프트오프" 공정을 이용하여, 함몰부(48) 내에 금속을 증착하여, 전극 형성 단계가 수행될 수 있다. 또는, 전극(44)의 두께를 증가시켜서 후속 처리 동안에 전극을 더욱 보호하는 추가적 보호층(74)을 형성하기 위하여, 전기도금 공정이 채용될 수 있다.
다음으로, 도 7c에 도시된 바와 같이, 광 인출구조 형성 단계가 수행되어 광 인출구조(42)를 형성할 수 있다. 이 단계는, 실질적으로 앞서 설명되고, 도 5d에 도시된 바와 같이 수행될 수 있다.
도 8을 참조하여, 발광다이오드(LED) 다이(30)를 제조하기 위한 또다른 방법의 단계를 설명한다. 이 방법에 있어서는, 앞서 설명되고 도 7a 및 도 7b에 도시된 방식과 같은 적절한 공정을 이용하여 전극(44)이 형성된다. 하지만, n-타입 가둠층(34)의 표면을 조면화하여 광 인출구조(42)(도 7c)를 형성하는 것이 아니라, 볼 또는 다른 구조 형태의 광 인출구조(76)가 n-타입 가둠층(34)에 증착 또는 접착되어 부착된다. 광 인출구조(76)는, 앞서 언급한 미국특허 7,413,918 B2에 설명되어 있는 바와 같이 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명은, 향상된 발광다이오드(LED) 다이 및 제조방법을 개시하고 설명한다. 다만, 상기에서 다수의 예시적 측면과 구현예를 설명하였지만, 이 기술분야의 통상의 전문가라면, 그에 대한 변형, 치환, 부가 및 재조합을 인식할 것이다. 따라서, 후술하는 청구항은, 그러한 변형, 치환, 부가 및 재조합이 그 기술사상과 범위 내에 드는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은, 발광다이오드(LED) 다이, 및 상기 발광다이오드(LED) 다이의 제조방법에 이용될 수 있다.
30 다이, 32 기판, 34 n-타입 가둠층, 36 다중양자우물(MQW)층, 38 p-타입 가둠층, 40 반사층, 42 광 인출구조, 44 n-전극, 46 p-전극, 48 함몰부, 50 측벽, 52 바닥면, 56 표면,
Claims (20)
- n-타입 가둠(confinement)층, 상기 n-타입 가둠층과 전기접촉을 가지고 전자기 방사를 방출하도록 구성된 다중양자우물(MQW)층, 및 상기 다중양자우물(MQW)층과 전기접촉을 가지는 p-타입 가둠층으로 이루어지는 다층 반도체 기판;
상기 전자기 방사를 산란시키도록 구성된 상기 n-타입 가둠층 상의 복수의 광 인출구조; 및
상기 n-타입 가둠층과 전기접촉하는 상기 광 인출구조 근방의 상기 n-타입 가둠층 내에 내재된 함몰부(recess) 내의 전극
으로 이루어지고,
상기 함몰부는, 측벽 및 바닥면을 가지고,
상기 전극은, 상기 함몰부의 상기 측벽 및 바닥면과 상응함
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이. - 청구항 1에 있어서,
상기 광 인출구조는, 피크(peak)와 밸리(valley)로 구성된 상기 n-타입 가둠층 상의 조면(粗面)화된 표면으로 이루어짐
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이. - 청구항 1에 있어서,
상기 광 인출구조는, 상기 n-타입 가둠층에 증착되거나 접착되어 부착되는 볼(ball)로 이루어짐
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이. - 청구항 1에 있어서,
상기 전극은, 상기 함몰부 내에 증착된 금속층 또는 복수의 금속층으로 이루어짐
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이. - 청구항 1에 있어서,
상기 함몰부는, D의 깊이를 가지고,
상기 전극은, T의 두께(T > D)를 가짐
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이. - 청구항 1에 있어서,
상기 전극은, 상기 광 인출구조의 피크와 동일평면인 평탄한 표면을 가짐
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이. - 청구항 1에 있어서,
상기 다이는, 발광다이오드(LED) 시스템의 기판에 탑재되어 있고,
상기 전극은, 상기 기판 상의 제2 전극에 와이어본드되어 있음
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이. - 청구항 1에 있어서,
상기 전극은, 상기 함몰부의 바닥면의 면적에 대응되는 표면적을 가짐
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이. - 청구항 1에 있어서,
상기 발광다이오드(LED) 다이는, 상기 p-타입 가둠층에 전기접촉을 가지는 p-전극을 가지는 수직형 발광다이오드 다이로 이루어짐
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이. - n-타입 가둠층, 상기 n-타입 가둠층과 접기접촉을 가지고 전자기 방사를 방출하도록 구성된 다중양자우물(MQW)층, 및 상기 다중양자우물(MQW)층과 전기접촉을 가지는 p-타입 가둠층으로 이루어지는 다층 반도체 기판을 형성하는 단계;
상기 n-타입 가둠층 내에 측벽 및 평탄한 바닥면을 가지는 함몰부를 형성하는 단계;
상기 함몰부 내에 상기 함몰부의 측벽 및 바닥면과 상응하는 전극을 도전성 물질로 형성하는 단계;
상기 전극을 평탄화하는 단계; 및
상기 전극의 근방의 n-타입 가둠층 내에 복수의 광 인출구조를 형성하는 단계
로 이루어짐을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이의 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
복수의 광 인출구조를 형성하는 단계는, 웨트에칭, 포토 향상된 웨트에칭, 드라잉에칭, 및 광전자화학(PEC) 산화 및 에칭으로 구성되는 그룹에서 선택되는 공정으로 이루어짐
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이의 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
복수의 광 인출구조를 형성하는 단계는, 상기 n-타입 가둠층의 표면에 볼을 부착하는 공정으로 이루어짐
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이의 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 전극을 평탄화하는 단계는, 연마, 화학 기계적 평탄화(CMP) 및 에칭으로 구성되는 그룹에서 선택되는 공정으로 이루어짐
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이의 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 함몰부를 형성하는 단계는, 에칭 공정으로 이루어짐
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이의 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 전극을 형성하는 단계는, 상기 함몰부 내에 싱글 금속층 또는 복수의 금속층이 증착되는 증착 공정으로 이루어짐
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이의 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 전극을 형성하는 단계는, 리프트오프(lift off) 공정으로 이루어짐
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이의 제조방법. - n-타입 가둠층, 상기 n-타입 가둠층과 전기접촉을 가지고 전자기 방사를 방출하도록 구성된 다중양자우물(MQW)층, 및 상기 다중양자우물(MQW)층과 전기접촉을 가지는 p-타입 가둠층으로 이루어지는 다층 반도체 기판을 형성하는 단계;
상기 n-타입 가둠층 내에 복수의 광 인출구조를 형성하는 단계;
상기 광 인출구조 근방의 상기 n-타입 가둠층 내에 측벽 및 평탄한 바닥면을 가지는 함몰부를 형성하는 단계;
상기 함몰부 내에 도전성 물질로 이루어지고 상기 함몰부의 상기 측벽 및 바닥면에 상응하는 전극을 형성하는 단계; 및
상기 전극을 평탄화하는 단계
로 이루어짐을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이의 제조방법. - 청구항 17에 있어서,
상기 함몰부를 형성하는 단계는, 마스크를 이용하는 상기 n-타입 가둠층의 에칭 공정으로 이루어지고,
상기 전극을 형성하는 단계는, 상기 마스크를 이용하는 리프트오프 공정으로 이루어짐
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이의 제조방법. - 청구항 17에 있어서,
상기 복수의 광 인출구조를 형성하는 단계는, 웨트에칭, 포토 향상된 웨트에칭, 드라잉에칭, 및 광전자화학(PEC) 산화 및 에칭으로 구성되는 그룹에서 선택되는 공정으로 이루어짐
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이의 제조방법. - 청구항 17에 있어서,
상기 복수의 광 인출구조를 형성하는 단계는, 상기 n-타입 가둠층의 표면에 볼을 부착하는 공정으로 이루어짐
을 특징으로 하는 발광다이오드(LED) 다이의 제조방법.
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