KR20180059157A - 복수의 파장변환기를 가지는 발광 다이오드 - Google Patents

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Abstract

복수의 파장변환기를 갖는 발광 다이오드가 제공된다. 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 기판, 상기 기판 하부에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층, 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 오믹 반사층, 오믹 반사층 하부에 배치되며, 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층에 각각 전기적으로 접속된 제1 범프 패드 및 제2 범프 패드, 기판의 측면을 덮는 측면 반사층, 및 기판 상에 서로 이웃하여 부착된 복수의 파장변환기를 포함하고, 복수의 파장변환기는 서로 다른 형광체를 함유한다.

Description

복수의 파장변환기를 가지는 발광 다이오드{LIGHT EMITTING DIODE HAVING PLURALITY OF WAVELENGTH CONVERTER}
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 파장변환기를 갖는 발광 다이오드에 관한 것이다.
일반적으로 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN) 등과 같은 Ⅲ족 원소의 질화물은 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 가지므로, 최근 가시광선 및 자외선 영역의 광원용 물질로 많은 각광을 받고 있다. 특히, 질화인듐갈륨(InGaN)을 이용한 청색 및 녹색 발광 다이오드는 대규모 천연색 평판 표시 장치, 신호등, 실내 조명, 고밀도광원, 고해상도 출력 시스템과 광통신 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있다. 또한, 발광 다이오드는 방출되는 광의 직진성이 우수하기 때문에 최근 자동차용 헤드 램프에 널리 적용되고 있다.
발광 다이오드는 응용 분야에 따라 다양한 지향각이 요구된다. 특히, 자동차용 헤드램프나 플래쉬에 적용되는 발광 다이오드는 좁은 지향각을 가질수록 유리하다.
한편, 백색광과 같은 혼색광을 구현하기 위해 발광 다이오드 칩과 함께 형광체가 사용된다. 형광체는 실리콘이나 에폭시 등의 투명 수지에 혼합되어 사용되는 것이 일반적이지만, 수지는 열에 약한 단점을 가진다.
또한, 연색성 및 색 재현성을 향상시키기 위해 단일의 형광체를 사용하기보다는 2종류 이상의 형광체가 사용되는데, 이들 형광체를 균일하게 혼합하는 것이 곤란하다. 이에 따라, 형광체가 적용된 발광 다이오드들 간의 색 편차가 발생하기 쉽다. 더욱이, 한 종류의 형광체에서 파장변환된 광이 다른 종류의 형광체에 의해 흡수되거나 간섭될 수 있어 광 변한 효율이 낮으며, 이에 따라 연색성을 향상시키기 어렵다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고온 환경에서 사용하기에 적합한 혼색광 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 발광 다이오드들 간의 색 편차를 줄일 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 광 변환 효율을 향상시키고, 연색성을 개선할 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 기판; 상기 기판 하부에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 반도체 적층; 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 오믹 반사층; 상기 오믹 반사층 하부에 배치되며, 상기 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층에 각각 전기적으로 접속된 제1 범프 패드 및 제2 범프 패드; 상기 기판의 측면을 덮는 측면 반사층; 및 상기 기판 상에 서로 이웃하여 부착된 복수의 파장변환기를 포함하고, 상기 복수의 파장변환기는 서로 다른 형광체를 함유한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드는, 러프니스를 갖는 광 출사면 및 측면들을 갖는 기판; 상기 광 출사면에 대향하여 상기 기판 아래에 배치된 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 아래에 배치되고, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 메사; 상기 제2 도전형 반도체층을 덮는 오믹 반사층; 상기 오믹 반사층을 덮되, 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 제1 개구부 및 상기 오믹 반사층을 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 하부 절연층; 상기 하부 절연층 상에 배치되고 상기 제1 개구부를 통해 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제1 패드 금속층; 상기 제1 패드 금속층에 전기적으로 접속된 제1 범프 패드; 상기 오믹 반사층에 전기적으로 접속된 제2 범프 패드; 상기 기판 상에 배치된 복수의 파장변환기들; 및 상기 기판의 측면 및 상기 제1 도전형 반도체층의 측면을 덮는 측면 반사층을 포함하고, 상기 측면 반사층은 상기 제1 패드 금속층과 중첩하지 않도록 상기 제1 패드 금속층으로부터 수평 방향으로 이격되며, 상기 복수의 파장변환기들은 서로 다른 형광체를 함유한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 측면 반사층을 채택하면서, 활성층으로부터 광 출사면까지의 거리를 50um 이상으로 함으로써 지향각이 좁은 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 나아가, 측면 반사층과 금속층 사이의 거리를 유지하여 전기적 단락을 방지함으로써 전기적 신뢰성이 우수하고 편차가 적은 발광 다이오드들을 제공할 수 있다.
또한, 서로 다른 종류의 형광체를 함유하는 파장변환기들을 이용하여 발광 다이오드들의 색 편차를 줄일 수 있으며, 특히, 세라믹 플레이트 형광체를 채택함으로써 고온 환경에서 사용하기에 적합한 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 나아가, 서로 다른 형광체를 함유하는 파장변환기들을 서로 중첩하지 않도록 정렬함으로써 광의 변환 효율을 향상시킬 수 있으며, 지향각이 좁은 발광 다이오드 상에 서로 다른 형광체를 정렬함으로써 각각 형광체를 통해 변환되어 나오는 광이 서로 간섭하지 않게 함으로써 연색성을 개선할 수 있다.
본 발명의 다른 장점 및 효과에 대해서는 상세한 설명을 통해 더 명확하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 A-B를 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 도 6a, 도 6b, 도 7a, 도 7b, 도 8a, 도 8b, 도 9a, 도 9b, 도 10a, 도 10b, 도 11a, 도 11b, 도 12a, 도 12b, 도 12c, 도 12d 및 도 12e는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 도면들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 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 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판 하부에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 반도체 적층; 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 오믹 반사층; 상기 오믹 반사층 하부에 배치되며, 상기 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층에 각각 전기적으로 접속된 제1 범프 패드 및 제2 범프 패드; 상기 기판의 측면을 덮는 측면 반사층; 및 상기 기판 상에 서로 이웃하여 부착된 복수의 파장변환기를 포함하고, 상기 복수의 파장변환기는 서로 다른 형광체를 함유하는 발광 다이오드가 제공된다.
측면 반사층을 이용하여 파장변환기로 광을 보낼 수 있어 활성층에서 생성된 광이 파장변환기를 거치지 않고 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있으며 발광 다이오드의 지향각을 줄일 수 있다. 또한, 서로 다른 형광체를 함유하는 파장변환기를 채택함으로써 발광 다이오드들 간의 색 편차를 감소시킬 수 있다.
상기 복수의 파장변환기는 파장변환 시트 또는 세라믹 플레이트 형광체를 포함할 수 있다. 특히, 세라믹 플레이트 형광체는 고 내열성으로 고온 환경에서도 장시간 동안 변색되지 않고 사용될 수 있다.
한편, 상기 측면 반사층의 일부는 상기 기판의 상면 상에 위치할 수 있다. 예컨대, 측면 반사층의 일부는 상기 기판의 가장자리를 따라 기판의 상면을 덮을 수 있으며, 또한, 기판의 상면 영역을 복수의 영역으로 분할하도록 기판의 상면을 덮을 수 있다.
나아가, 상기 기판 상면 상에 위치하는 측면 반사층은 상기 기판의 평평한 면 상에 위치할 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드는 상기 기판 상면에 형성된 러프니스를 더 포함할 수 있으며, 상기 러프니스는 상기 평평한 면에 의해 분리된 영역들에 형성될 수 있다. 상기 복수의 파장변환기들은 각각 상기 분리된 영역들 상에 배치될 수 있다.
한편, 상기 기판은 질화갈륨계 기판일 수 있으며, 상기 활성층에서 상기 기판의 상면까지의 모든 층들은 질화갈륨계 반도체로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 상기 기판은 사파이어 기판일 수도 있다. 또한, 상기 활성층에서 상기 기판의 상면까지의 거리는 50um 이상일 수 있다.
활성층에서 생성된 광은 적어도 50um 이상 떨어진 광 방출면을 통해 파장변환기에 입사하며, 이에 따라 발광 다이오드의 광 지향각을 더욱 좁힐 수 있다.
한편, 상기 기판은 상기 제1 도전형 반도체층의 상면에 대해 수직한 측면 및 상기 수직한 측면에 대해 경사진 측면을 포함할 수 있으며, 상기 수직한 측면이 상기 경사진 측면에 비해 상기 기판의 상면에 더 가까울 수 있다. 상기 측면 반사층은 상기 수직한 측면 및 상기 경사진 측면을 덮을 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드는 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 영역 아래에 배치된 메사를 포함하고, 상기 메사는 상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층을 포함하며, 상기 측면 반사층은 상기 메사로부터 이격될 수 있다. 상기 측면 반사층은 특히 상기 제1 도전형 반도체층의 측면을 덮되, 메사 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층의 하면을 덮지 않는다.
상기 발광 다이오드는, 상기 오믹 반사층을 덮되, 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 제1 개구부 및 상기 오믹 반사층을 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 하부 절연층; 상기 하부 절연층 아래에 배치되고 상기 제1 개구부를 통해 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제1 패드 금속층; 상기 하부 절연층 아래에 배치되고, 상기 제2 개구부를 통해 상기 오믹 반사층에 전기적으로 접속된 제2 패드 금속층; 및 상기 제1 패드 금속층 및 상기 제2 패드 금속층을 덮되, 상기 제1 패드 금속층을 노출시키는 제1 개구부 및 상기 제2 패드 금속층을 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 상부 절연층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 범프 패드는 상기 상부 절연층 아래에 배치되어 상기 상부 절연층의 제1 개구부 및 제2 개구부를 통해 상기 제1 패드 금속층 및 상기 제2 패드 금속층에 각각 접속할 수 있다.
한편, 상기 메사는 제2 도전형 반도체층 및 활성층을 관통하여 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 관통홀을 포함할 수 있으며, 상기 제1 패드 금속층은 상기 관통홀을 통해 노출된 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속될 수 있다.
나아가, 상기 메사는 측면들에 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 오목부들을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 패드 금속층은 상기 오목부들을 통해 노출된 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속될 수 있다.
또한, 상기 메사는 모서리들이 절단된 형상을 갖고, 상기 제1 패드 금속층은 상기 메사의 모서리들 근처에서 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속될 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드는 상기 오믹 반사층의 주위에서 상기 제2 도전형 반도체층에 오믹 접촉하는 오믹 산화물층을 더 포함할 수 있다. 오믹 산화물층을 채택함으로써 접촉 저항을 감소시킬 수 있어 순방향 전압을 낮출 수 있다.
상기 측면 반사층은 상기 기판의 측면 및 제1 도전형 반도체층의 측면을 덮을 수 있다.
한편, 상기 측면 반사층은 금속 반사층을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 러프니스를 갖는 광 출사면 및 측면들을 갖는 기판; 상기 광 출사면에 대향하여 상기 기판 아래에 배치된 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 아래에 배치되고, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 메사; 상기 제2 도전형 반도체층을 덮는 오믹 반사층; 상기 오믹 반사층을 덮되, 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 제1 개구부 및 상기 오믹 반사층을 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 하부 절연층; 상기 하부 절연층 상에 배치되고 상기 제1 개구부를 통해 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제1 패드 금속층; 상기 제1 패드 금속층에 전기적으로 접속된 제1 범프 패드; 상기 오믹 반사층에 전기적으로 접속된 제2 범프 패드; 상기 기판 상에 배치된 복수의 파장변환기들; 및 상기 기판의 측면 및 상기 제1 도전형 반도체층의 측면을 덮는 측면 반사층을 포함하고, 상기 측면 반사층은 상기 제1 패드 금속층과 중첩하지 않도록 상기 제1 패드 금속층으로부터 수평 방향으로 이격되며, 상기 복수의 파장변환기들은 서로 다른 형광체를 함유하는 발광 다이오드가 제공된다.
측면 반사층이 제1 패드 금속층과 중첩하지 않도록 이격되므로, 측면 반사층과 제1 패드 금속층이 전기적으로 직접 연결되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 발광 다이오드들 간의 전기적 특성 편차를 줄일 수 있다.
한편, 상기 측면 반사층은 상기 기판 및 제1 도전형 반도체층의 측면을 덮음과 아울러, 상기 기판의 상면 일부를 덮을 수 있다.
상기 발광 다이오드는, 상기 하부 절연층 아래에 배치되고, 상기 제2 개구부를 통해 상기 오믹 반사층에 전기적으로 접속된 제2 패드 금속층; 및 상기 제1 패드 금속층 및 상기 제2 패드 금속층을 덮되, 상기 제1 패드 금속층을 노출시키는 제1 개구부 및 상기 제2 패드 금속층을 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 상부 절연층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 범프 패드는 상기 상부 절연층의 제2 개구부를 통해 상기 제2 패드 금속층에 접속될 수 있다.
한편, 상기 기판의 측면은 상기 광 출사면에 대해 수직한 측면 및 상기 수직한 측면에 대해 경사진 측면을 포함할 수 있으며, 상기 측면 반사층은 상기 수직한 측면 및 경사진 측면을 덮는다.
상기 발광 다이오드는 또한 상기 경사진 측면과 상기 측면 반사층 사이에 개재된 절연층을 더 포함할 수 있다.
나아가, 상기 측면 반사층의 일측 단부는 상기 메사 주위의 제1 도전형 반도체층의 면과 나란하거나 그 면으로부터 이격될 수 있다.
이하 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100)를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1의 절취선 A-B를 따라 취해진 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 발광 다이오드(100)는 기판(21), 제1 도전형 반도체층(23), 활성층(25), 제2 도전형 반도체층(27), 오믹 반사층(31), 하부 절연층(33), 제1 패드 금속층(35a), 제2 패드 금속층(35b), 상부 절연층(37), 제1 범프 패드(39a), 제2 범프 패드(39b) 및 측면 반사층(41)을 포함한다. 상기 발광 다이오드(100)는 또한 제1 파장변환기(81a) 및 제2 파장변환기(81b)를 포함하며, 접착제(71)를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(23), 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)은 반도체 적층(30)을 형성한다. 나아가, 상기 발광 다이오드(100)는 투명 오믹층(29)을 더 포함할 수 있다.
상기 기판(21)은 질화갈륨계 반도체층을 성장시킬 수 있는 성장 기판으로, 사파이어 기판 또는 질화갈륨계 기판일 수 있다. 질화갈륨계 기판(21)은 제1 도전형 반도체층(23)과 동일하거나 유사한 굴절률을 가지며, 따라서, 활성층(25)에서 방출된 광은 큰 굴절률 변화를 겪지 않고 기판(21)으로 입사되며, 기판(21)의 상면, 예컨대 러프니스(R)를 통해 외부로 방출된다.
활성층(23)에서 기판(21) 상면까지의 거리는 멀수록 광의 지향각이 좁아진다. 이 거리는 50um 이상이며, 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 500um 이하, 나아가, 300um 이하일 수 있다. 기판(21)의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니며 다양하게 선택될 수 있다.
본 실시예에서, 기판(21)이 성장 기판인 것에 대해 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 별도의 성장 기판 상에 성장된 상대적으로 두꺼운 질화갈륨계 반도체층일 수도 있으며, 또는 제1 도전형 반도체층(23)의 연속된 층일 수도 있다. 별도의 성장 기판은 제거될 수 있다.
기판(21)은 기판(21)의 하면에 대해 수직한 측면 및 수직한 측면에 대해 경사진 측면을 가진다. 수직한 측면과 경사진 측면이 이루는 각은 대략 10도 이상일 수 있다. 이들 측면들 사이의 영역이 점선으로 표시되어 있다. 수직한 측면과 경사진 측면은 기판(21)의 네 측면 모두에 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(23)은 기판(21) 상에 배치될 수 있다. 특히, 제1 도전형 반도체층(23)은 기판(21)의 경사진 측면에 인접하여 배치된다. 제1 도전형 반도체층(23)은 기판(21) 상에서 성장된 층일 수 있으며, 질화갈륨계 반도체층일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(23)은 불순물, 예컨대 Si이 도핑된 질화갈륨계 반도체층일 수 있다. 여기서, 제1 도전형 반도체층(23)이 기판(21)과 구별되는 것으로 설명하지만, 이들 사이의 경계는 명확하게 구별되지 않을 수 있다. 즉, 제1 도전형 반도체층(23)은 기판(21)과 동일 재료로 형성될 수 있다. 도시한 바와 같이, 상기 경사진 측면의 일부는 제1 도전형 반도체층(23)을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(23) 상에 메사(M)가 배치된다. 메사(M)는 제1 도전형 반도체층(23)으로 둘러싸인 영역 내측에 한정되어 위치할 수 있으며, 따라서, 제1 도전형 반도체층의 가장자리 근처 영역들은 메사(M)에 의해 덮이지 않고 외부에 노출될 수 있다.
메사(M)는 제2 도전형 반도체층(27)과 활성층(25)을 포함한다. 또한, 메사(M)는 제1 도전형 반도체층(23)의 일부 두께를 포함할 수 있다. 상기 활성층(25)은 제1 도전형 반도체층(23)과 제2 도전형 반도체층(27) 사이에 개재된다. 활성층(25)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 가질 수 있다. 활성층(25) 내에서 우물층의 조성 및 두께는 생성되는 광의 파장을 결정한다. 특히, 우물층의 조성을 조절함으로써 자외선, 청색광 또는 녹색광을 생성하는 활성층을 제공할 수 있다.
한편, 제2 도전형 반도체층(27)은 p형 불순물, 예컨대 Mg이 도핑된 질화갈륨계 반도체층일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(23) 및 제2 도전형 반도체층(27)은 각각 단일층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다중층일 수도 있으며, 초격자층을 포함할 수도 있다. 제1 도전형 반도체층(23), 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)은 금속유기화학 기상 성장법(MOCVD) 또는 분자선 에피택시(MBE)와 같은 공지의 방법을 이용하여 챔버 내에서 기판(21) 상에 성장되어 형성될 수 있다.
메사(M)는 제1 도전형 반도체층(23)으로부터 멀어질수록 면적이 좁아지도록 경사진 측면을 가진다. 메사(M)의 경사는 기판(21)의 측면 경사에 비해 더 완만할 수 있다.
한편, 메사(M)는 제2 도전형 반도체층(27) 및 활성층(25)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시키는 관통홀(30a)을 포함한다. 관통홀(30a)은 제2 도전형 반도체층(27) 및 활성층(25)으로 둘러싸인다. 메사(M)는 대체로 직사각형 형상을 가지며, 모서리가 절단된 형상을 가질 수 있다. 메사(M)는 또한, 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시키는 함몰부(30b)를 포함할 수 있다. 함몰부(30b)는 부분적으로 제2 도전형 반도체층(27) 및 활성층(25)으로 둘러싸인다. 함몰부들(30b)이 메사(M)의 네 측면 모두에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 1 내지 3 측면에 한정되어 배치될 수도 있다. 관통홀(30a) 및 함몰부(30b)의 측벽은 메사(M)의 측면과 유사하게 경사질 수 있다. 또한, 이들 측벽의 경사는 기판(21)의 측면 경사에 비해 더 완만할 수 있다.
한편, 오믹 반사층(31)은 메사(M) 상부에 배치되어 제2 도전형 반도체층(27)에 콘택한다. 오믹 반사층(31)은 메사(M) 상부 영역에서 메사(M)의 거의 전 영역에 걸쳐 배치될 수 있다. 예를 들어, 오믹 반사층(31)은 메사(M) 상부 영역의 80% 이상, 나아가 90% 이상을 덮을 수 있다.
오믹 반사층(31)은 반사성을 갖는 금속층을 포함할 수 있으며, 따라서, 활성층(25)에서 생성되어 오믹 반사층(31)으로 진행하는 광을 기판(21) 측으로 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 오믹 반사층(31)은 단일 반사 금속층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 오믹층과 반사층을 포함할 수도 있다. 오믹층으로는 Ni과 같은 금속층이 사용될 수 있으며, 반사층으로는 Ag 또는 Al과 같이 반사율이 높은 금속층이 사용될 수 있다. 오믹 반사층(31)은 또한 장벽층을 포함할 수 있으며, 예컨대, Ni, Ti, 및 Au를 포함할 수 있다. 예를 들어, 오믹 반사층은 Ni/Ag/Ni/Ti/Ni/Ti/Au/Ti의 적층 구조를 가질 수 있다.
한편, 오믹 산화물층(29)이 상기 오믹 반사층(31) 주변의 메사(M)를 덮을 수 있다. 오믹 산화물층(29)은 예컨대 인디움주석산화물(Iindium Tin Oxide, ITO) 또는 ZnO와 같은 투명 산화물층으로 형성될 수 있다. 오믹 산화물층(29)의 측면은 대체로 메사(M)의 측면과 나란할 수 있다. 오믹 반사층(31)의 주위에 오믹 산화물층(29)을 배치함으로써 오믹 콘택 영역을 넓일 수 있으며, 따라서 발광 다이오드의 순방향 전압을 낮출 수 있다.
하부 절연층(33)은 메사(M), 오믹 산화물층(29) 및 오믹 반사층(31)을 덮는다. 하부 절연층(33)은 또한 메사(M) 둘레를 따라 메사(M) 측면을 덮을 수 있으며, 메사(M) 둘레에 노출된 제1 도전형 반도체층(23)의 일부를 덮을 수 있다. 하부 절연층(33)은 관통홀(30a) 내에서 관통홀(30a)의 측벽을 덮으며, 오목부(30b)의 측벽을 덮는다.
한편, 하부 절연층(33)은 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 제1 개구부(33a) 및 오믹 반사층(31)을 노출시키는 제2 개구부(33b)를 가진다. 제1 개구부(33a)는 관통홀(30a) 및 오목부(30b)에 배치될 수 있다. 또한, 하부 절연층(33)은 메사(M) 둘레를 따라 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시킬 수 있다.
하부 절연층(33)의 제2 개구부(33b)는 오믹 반사층(31)을 노출시킨다. 복수의 제2 개구부들(33b)이 형성될 수 있으며, 이들 제2 개구부들(33b)은 메사(M)의 일측 가장자리 근처에 배치될 수 있다.
하부 절연층(33)은 SiO2 또는 Si3N4의 단일층으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하부 절연층(33)은 실리콘질화막과 실리콘산화막을 포함하는 다층 구조를 가질 수도 있으며, 실리콘산화막과 타이타늄산화막을 교대로 적층한 분포브래그 반사기를 포함할 수도 있다.
한편, 제1 패드 금속층(35a)은 상기 하부 절연층(33) 상에 배치되며, 하부 절연층(33)에 의해 메사(M) 및 오믹 반사층(31)으로부터 절연된다. 제1 패드 금속층(35a)은 하부 절연층(33)의 제1 개구부들(33a)을 통해 제1 도전형 반도체층(23)에 접촉한다. 제1 패드 금속층(35a)은 메사(M) 둘레에서 제1 도전형 반도체층(23)에 접촉하는 외부 접촉부 및 관통홀(30a) 내에서 제1 도전형 반도체층(23)에 접촉하는 내부 접촉부를 포함할 수 있다. 외부 접촉부는 메사(M) 둘레에 형성된 오목부(30a) 근처에 형성될 수 있으며, 또한, 메사(M)의 네 모서리 근처에 형성될 수 있다.
한편, 제2 패드 금속층(35b)은 하부 절연층(33) 상에서 메사(M) 상부 영역에 배치되며, 하부 절연층(33)의 제2 개구부들(33b)을 통해 오믹 반사층(31)에 전기적으로 접속된다. 제2 패드 금속층(35b)은 제1 패드 금속층(35a)으로 둘러싸일 수 있으며, 이들 사이에 경계 영역(35ab)이 형성될 수 있다. 경계 영역(35ab)에 하부 절연층(33)이 노출되며, 이 경계 영역(35ab)은 후술하는 상부 절연층(37)으로 덮인다.
제1 패드 금속층(35a)과 제2 패드 금속층(35b)은 동일 공정에서 동일 재료로 함께 형성될 수 있다. 제1 및 제2 패드 금속층(35a, 35b)은 Al층과 같은 오믹 반사층을 포함할 수 있으며, 오믹 반사층은 Ti, Cr 또는 Ni 등의 접착층 상에 형성될 수 있다. 또한, 상기 오믹 반사층 상에 Ni, Cr, Au 등의 단층 또는 복합층 구조의 보호층이 형성될 수 있다. 제1 및 제2 패드 금속층(35a, 35b)은 예컨대, Cr/Al/Ni/Ti/Ni/Ti/Au/Ti의 다층 구조를 가질 수 있다.
상부 절연층(37)은 제1 및 제2 패드 금속층(35a, 35b)을 덮는다. 또한, 상부 절연층(37)은 메사(M) 둘레를 따라 제1 도전형 반도체층(23)을 덮을 수 있다. 다만, 상부 절연층(37)은 기판(21)의 가장자리를 따라 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시킬 수 있다.
한편, 상부 절연층(37)은 제1 패드 금속층(35a)을 노출시키는 제1 개구부(37a) 및 제2 패드 금속층(35b)을 노출시키는 제2 개구부(37b)를 가진다. 제1 개구부(37a) 및 제2 개구부(37b)는 메사(M) 상부 영역에 배치될 수 있으며, 서로 대향하도록 배치될 수 있다. 특히, 제2 개구부(37b)는 제2 패드 금속층(35b) 상부 영역 내에 한정되어 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제2 개구부(37b)는 하부 절연층(33)의 제2 개구부들(33b)의 상부 영역을 모두 노출시키는 것으로 도시 및 설명하지만, 상부 절연층의 제2 개구부(37b)와 하부 절연층(33)의 제2 개구부들(33b)은 서로 수평 방향으로 이격될 수도 있다. 즉, 제2 개구부들(33b)이 제2 개구부(37b)의 외부에 배치될 수 있으며, 복수의 제2 개구부들(37b)이 제2 개구부들(33b)로부터 수평방향으로 이격되어 배치될 수도 있다.
상부 절연층(37)은 SiO2 또는 Si3N4의 단일층으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상부 절연층(37)은 실리콘질화막과 실리콘산화막을 포함하는 다층 구조를 가질 수도 있으며, 실리콘산화막과 타이타늄산화막을 교대로 적층한 분포브래그 반사기를 포함할 수도 있다.
한편, 제1 범프 패드(39a)는 상부 절연층(37)의 제1 개구부(37a)를 통해 노출된 제1 패드 금속층(35a)에 전기적으로 접촉하고, 제2 범프 패드(39b)는 제2 개구부(37b)를 통해 노출된 제2 패드 금속층(35b)에 전기적으로 접촉한다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 범프 패드(39a) 및 제2 범프 패드(39b)는 각각 제1 개구부(37a) 및 제2 개구부(37b) 내에 한정되어 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 개구부들(37a) 및 제2 개구부들(37b)을 모두 덮어 밀봉할 수도 있다.
제1 범프 패드(39a)는 제1 패드 금속층(35a)을 통해 제1 도전형 반도체층(23)에 전기적으로 접속하며, 제2 범프 패드(39b)는 제2 패드 금속층(35b) 및 오믹 반사층(31)을 통해 제2 도전형 반도체층(27)에 전기적으로 접속한다. 제2 패드 금속층(35b)은 생략될 수도 있으며, 제2 범프 패드(39b)는 직접 오믹 반사층(31)에 접속할 수도 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제2 범프 패드(39b)는 제2 패드 금속층(35a)의 상부 영역 내에 한정되어 위치할 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 범프 패드(39b)의 일부가 제1 패드 금속층(35a)과 중첩할 수도 있다. 다만, 상부 절연층(37)이 제1 패드 금속층(35a)과 제2 범프 패드(39b) 사이에 배치되어 이들을 절연시킨다.
한편, 측면 반사층(41)이 기판(21)의 측면들 상에 배치된다. 측면 반사층(41)은 기판(21)의 수직한 측면뿐만 아니라 경사진 측면을 덮는다. 측면 반사층(41)은 또한 제1 도전형 반도체층(23)의 측면을 덮을 수 있다. 측면 반사층(41)은 기판(21)의 네 측면 모두를 덮을 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 1 내지 3 측면을 덮을 수도 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 측면 반사층(41)의 일부는 기판(21)의 가장자리를 따라 기판(21)의 상면을 덮을 수 있으며, 나아가 기판(21)을 노출시키는 영역을 두 개 이상의 복수의 영역으로 분할하도록 기판(21)의 상면을 부분적으로 덮을 수 있다.
기판(21) 상면에 위치하는 측면 반사층(41) 부분은 기판(21)의 평평한 면 상에 위치할 수 있으며, 러프니스(R)는 측면 반사층(41)으로 둘러싸인 영역 내에 한정되어 위치할 수 있다.
한편, 도 2의 확대된 부분에 도시한 바와 같이, 측면 반사층(41)은 제1 패드 금속층(35a)으로부터 수평 방향으로 이격된다. 특히, 측면 반사층(41)은 메사(M)의 상부면보다 위에 위치할 수 있으며, 따라서, 메사(M) 주위의 제1 도전형 반도체층(23)의 노출면보다 위에 위치한다. 예컨대, 측면 반사층(41)의 하부 단부는 제1 도전형 반도체층(23)의 노출면과 나란할 수 있으며, 점선으로 표시한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(23)의 노출면보다 위에 위치할 수 있다. 이에 따라, 메사(M) 주위의 제1 도전형 반도체층(23)의 노출면 일부는 측면 반사층(41)과 상부 절연층(37) 사이에서 외부에 노출될 수 있다.
측면 반사층(41)은 Ag 또는 Al의 금속 반사층을 포함할 수 있으며, Ni 및/또는 Ti와 같은 장벽층이 금속 반사층 상에 배치될 수 있다. 또한, 산화방지를 위해 Au와 같은 산화 방지막이 장벽층 상에 배치될 수 있다. 나아가, 금속 반사층의 접합 특성을 개선하기 위해 Ni 또는 Ti와 같은 접착층이 금속 반사층과 기판(21) 사이에 배치될 수 있다. 측면 반사층(41)은 기판(21) 및 제1 도전형 반도체층(23)에 오믹 접촉할 수도 있으나, 쇼트키 접촉할 수도 있다.
한편, 측면 반사층(41)은 금속 반사층 이외에 분포 브래그 반사기를 포함할 수도 있으며, 금속 반사층과 기판(21) 사이에 투명 산화물층을 포함하는 전방향 반사층(Omni directional reflector: ODR)일 수도 있다.
측면 반사층(41)이 기판(21) 및 제1 도전형 반도체층(23)의 측면에 한정되어 배치됨으로써 측면 반사층(41)이 제1 패드 금속층(35a)과 직접 접속(단락)되는 것을 방지할 수 있으며, 따라서, 측면 반사층(41)에 의한 전기적 간섭을 줄일 수 있다.
측면 반사층(41)이 금속 반사층을 포함하고, 이 금속 반사층이 제1 패드 금속층(35a)과 중첩할 경우, 상부 절연층(37) 내의 핀홀이나 크랙 등의 결함을 통해 원하지 않게 측면 반사층(41)이 제1 패드 금속층(35a)에 전기적으로 직접 접속될 수 있다. 이 경우, 순방향 전압과 같은 발광 다이오드의 전기적 특성이 측면 반사층(41)과 제1 패드 금속층(35a)의 접촉 여부에 따라 심하게 변할 수 있으며, 이에 따라, 제조되는 발광 다이오드들 간에 전기적 특성 편차가 심하게 발생할 수 있다. 이에 반해, 본 발명의 실시예에 따르면, 측면 반사층(41)을 제1 패드 금속층(35a)으로부터 이격시킴으로써 전기적 특성 편차가 적은 발광 다이오드들을 대량으로 제조할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하나, 상부 절연층(37)이 기판(21)의 경사진 측면을 덮는 것에 차이가 있다.
즉, 상부 절연층(37)은 메사(M) 둘레에 노출된 제1 도전형 반도체층(23)을 모두 덮고, 나아가, 제1 도전형 반도체층(23)의 측면 및 기판(21)의 경사진 측면을 덮는다. 다만, 상부 절연층(37)은 기판(21)의 수직한 측면을 덮지 않는다.
한편, 측면 반사층(41)은 기판(21)의 수직한 측면을 덮으며, 경사진 측면 상의 상부 절연층(37)을 덮는다. 이 경우, 측면 반사층(41)의 하부 단부는 제1 도전형 반도체층(23)의 노출면과 나란할 수도 있으나, 점선으로 표시한 바와 같이, 그보다 아래에 위치할 수도 있다. 다만, 측면 반사층(41)의 하부 단부는 상부 절연층(37)의 수평면과 나란하거나 그 위에 위치한다.
도 4 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다. 도 4a, 5a, 6a, 7a, 8a, 9a, 10a 및 11a는 평면도들이고, 도 4b, 5b, 6b, 7b, 8b, 9b, 10b 및 11b는 각 평면도의 절취선 A-B를 따라 취해진 단면도들이다.
우선, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 기판(21) 상에 제1 도전형 반도체층(23), 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)을 포함하는 반도체 적층(30)이 성장되고, 그 위에 오믹 산화물층(29)이 형성된다.
기판(21)은 질화갈륨계 반도체층으로, 예컨대, n형 불순물 도핑 농도가 7E17~9E17/cm3일 수 있다. 한편, 제1 도전형 반도체층(23)은 n형 불순물 도핑 농도가 예를 들어 9E18~2E19/cm3일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(23), 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)은 금속유기화학 기상 성장법(MOCVD) 또는 분자선 에피택시(MBE)와 같은 공지의 방법을 이용하여 챔버 내에서 기판(21) 상에 성장되어 형성될 수 있다.
한편, 오믹 산화물층(29)은 예를 들어 ITO 또는 ZnO 등으로 형성될 수 있다. 오믹 산화물층(29)은 전자빔 증발법 또는 스퍼터법으로 형성될 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(27)을 덮고 제2 도전형 반도체층(27)에 오믹 콘택할 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 오믹 산화물층(29) 및 반도체 적층(30)을 패터닝하여 메사(M)를 형성한다. 메사(M)를 형성함에 따라 메사(M) 주위에 제1 도전형 반도체층(23)이 노출된다. 또한, 메사(M)는 관통홀(30a) 및 오목부(30b)를 가지며, 모서리들이 절단된 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 오믹 산화물층(29)은 메사(M) 상부 영역을 거의 대부분 덮으며, 메사(M)와 동일한 평면 형상을 가진다.
본 실시예에 있어서, 오믹 산화물층(29)은 포토레지스트 패턴을 이용한 습식 식각 공정을 이용하여 패터닝될 수 있으며, 반도체 적층(30)은 건식 식각 공정을 이용하여 패터닝될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 오믹 산화물층(29)과 반도체 적층(30)을 모두 건식 식각 공정을 이용하여 패터닝할 수도 있다. 한편, 오믹 산화물층(29)과 반도체 적층(30)의 패터닝 공정에서 동일한 포토레지스트 패턴이 계속해서 사용될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 오믹 산화물층(29)을 패터닝하여 제2 도전형 반도체층(27)을 노출시키고, 노출된 영역에 오믹 반사층(31)을 형성한다. 오믹 반사층(31)은 Ag 또는 Al과 같은 금속 반사층을 포함하며, Ni과 같은 오믹 금속층을 포함할 수 있다. 오믹 반사층(31)의 재료에 대해서는 도 1 및 도 2를 참조하여 앞에서 설명하였으므로 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다. 오믹 반사층(31)은 전자빔 증발법 또는 스퍼터링을 이용하여 형성될 수 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 오믹 산화물층(29) 및 오믹 반사층(31)을 덮는 하부 절연층(31)이 형성된다. 하부 절연층(31)은 또한 메사(M)의 측면을 덮고, 관통홀(30a)의 측벽을 덮는다. 한편, 하부 절연층(31)은 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시키는 제1 개구부(33a) 및 오믹 반사층(31)을 노출시키는 제2 개구부(33b)를 가진다.
제1 개구부(33a)는 예를 들어, 관통홀(30a) 내에 형성될 수 있으며, 또한 오목부(30b) 근처에 형성될 수 있다. 나아가, 하부 절연층(33)은 메사(M) 둘레를 따라 제1 도전형 반도체층(23)의 일부분을 덮을 수 있다. 이에 따라, 메사(M) 주위를 따라 제1 도전형 반도체층(23)이 부분적으로 노출될 수 있다.
제2 개구부(33b)는 메사(M) 상에서 오믹 반사층(31) 상에 위치한다. 복수의 제2 개구부들(33b)이 메사(M)의 일측에 치우쳐 분포될 수 있다. 제2 개구부(33b)를 통해 오믹 반사층(31)이 노출된다. 본 실시예에 있어서, 5개의 제2 개구부들(33b)이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 제2 개구부(33b)가 형성될 수도 있고 2개 이상의 제2 개구부들(33b)이 형성될 수도 있다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 하부 절연층(33) 상에 제1 패드 금속층(35a) 및 제2 패드 금속층(35b)이 형성된다. 제1 패드 금속층(35a)은 제1 개구부(33a)를 통해 노출된 제1 도전형 반도체층(23)에 전기적으로 접속되고, 제2 패드 금속층(35b)은 제2 개구부들(33b)에 노출된 오믹 반사층(31)에 전기적으로 접속된다.
제1 패드 금속층(35a)은 관통홀(30a) 및 오목부(30b) 근처의 제1 개구부(30a)들을 통해 제1 도전형 반도체층(23)에 접속할 수 있으며, 나아가, 메사(M)의 모서리들 근처에서 제1 도전형 반도체층(23)에 접속할 수 있다. 제1 패드 금속층(35a)은 관통홀(30a)을 통해 제1 도전형 반도체층(23)에 접촉하는 내부 접촉부와 메사(M) 주위에서 제1 도전형 반도체층(23)에 접촉하는 외부 접촉부들을 가질 수 있다. 제1 패드 금속층(35a)이 내부 접촉부와 외부 접촉부들을 가짐으로써 전류를 메사(M) 전영역에 걸쳐 고르게 분산시킬 수 있다.
한편, 제2 패드 금속층(35b)은 제1 패드 금속층(35a)으로 둘러싸일 수 있으며, 제1 패드 금속층(35a)과 제2 패드 금속층(35b) 사이에 경계 영역(35ab)이 형성될 수 있다. 제2 패드 금속층(35b)은 제2 개구부들(33b)을 덮으며, 메사(M) 영역 상에 한정되어 위치할 수 있다.
제1 패드 금속층(35a) 및 제2 패드 금속층(35b)은 예를 들어 리프트 오프 공정을 이용하여 동일 재료로 형성될 수 있으며, 따라서, 동일 레벨 상에 배치될 수 있다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 제1 패드 금속층(35a) 및 제2 패드 금속층(35b) 상에 상부 절연층(37)이 형성된다. 상부 절연층(37)은 제1 패드 금속층(35a) 및 제2 패드 금속층(35b)을 노출시키는 제1 개구부(37a) 및 제2 개구부(37b)를 가진다. 상부 절연층(37)은 메사(M) 주위의 하부 절연층(33)을 덮을 수 있으며, 메사(M) 둘레를 따라 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시킬 수 있다. 메사(M)의 오목부(30b) 및 모서리들 근처에 형성된 제1 패드 금속층(35a)의 외부 접촉부들 또한 상부 절연층(37)으로 덮인다.
한편, 제2 개구부(37b)는 제2 패드 금속층(35b)의 상부 영역 내에 한정되어 위치할 수 있다. 제1 개구부(37a)는 제1 패드 금속층(35a)의 상부 영역 내에 한정되어 위치하며, 반드시 한정되지는 않지만, 메사(M)의 상부 영역 내에 한정되어 위치할 수도 있다. 제1 개구부(37a)와 제2 개구부(37b)는 서로 이격된다.
본 실시예에 있어서, 제1 개구부(37a)와 제2 개구부(37b)가 각각 하나씩 형성된 것에 대해 설명하지만, 복수개의 제1 개구부들(37a) 및 복수개의 제2 개구부들(37b)이 형성될 수 있다.
또한, 제2 개구부(37b)가 하부 절연층(33)의 제2 개구부들(33b) 상부에 형성되어 서로 중첩하는 것으로 도시하지만, 제2 개구부들(33b)이 제2 개구부(37b)로부터 수평방향으로 이격되어 서로 중첩하지 않을 수도 있다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 상부 절연층(37)의 제1 및 제2 개구부들(37a, 37b) 내에 제1 범프 패드(39a) 및 제2 범프 패드(39b)를 형성한다. 제1 및 제2 범프 패드(39a, 39b)는 AuSn으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 범프 패드(39a, 39b)는 발광 다이오드를 서브 마운트나 리드 프레임에 실장할 때, 서브 마운트나 리드 프레임에 본딩되는 패드들이다. 제1 및 제2 범프 패드들(39a, 39b)은 리프트 오프 등의 공지 기술을 이용하여 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제1 및 제2 범프 패드들(39a, 39b)이 각각 제1 및 제2 개구부들(37a, 37b) 내에 형성되는 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 개구부들(37a, 37b)을 완전히 덮어 밀봉할 수도 있다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 제1 및 제2 범프 패드들(39a, 39b)이 형성된 후, 기판(21)의 하면을 연마하여 기판(21)의 두께를 감소시키고, 연마된 하면에 러프니스(R)를 형성한다. 기판(21)의 하면은 래핑 및/또는 폴리싱 기술을 이용하여 연마될 수 있으며, 건식 및 습식 식각 기술을 이용하여 러프니스(R)가 형성될 수 있다.
러프니스(R)는 복수의 영역으로 분할되어 형성될 수 있으며, 이를 위해 마스크가 사용될 수 있다. 따라서, 러프니스(R)가 형성된 영역들 사이에 평평한 면이 형성될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 러프니스(R)의 높이는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 러프니스(R)는 1um 이상의 높이를 가질 수 있다.
이어서, 도 12를 참조하여 기판(21) 측면에 측면 반사층(41)을 형성하는 기술에 대해 설명한다. 도 12에서는 앞서 도 4 내지 도 11을 참조하여 제조된 두 개의 발광 다이오드 영역을 도시하지만, 기판(21) 상에는 더 많은 수의 발광 다이오드 영역들이 형성될 것이며, 각 발광 다이오드 영역에 메사(M) 및 범프 패드들(39a, 39b)이 형성될 것이다.
도 12a를 참조하면, 제1 및 제2 범프 패드(39a, 39b)가 형성된 후, 제1 도전형 반도체층(21) 측으로부터 기판(21) 내부에 스크라이빙 라인(LS)이 형성된다. 스크라이빙 라인(LS)은 발광 다이오드의 분할 영역에 형성되며, 따라서, 복수의 스크라이빙 라인들(LSs)이 메쉬 형상으로 기판(21) 상에 형성될 수 있다.
또한, 러프니스(R)가 형성된 기판(21) 상에 포토레지스트 패턴(51)이 형성된다. 포토레지스트 패턴(51)은 스핀 코팅 등의 기술을 이용하여 포토레지스트 막을 기판(21) 상에 형성한 후 사진 및 현상을 통해 이 포토레지스트 막을 패터닝하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 기판(21) 상면의 평평한 영역들이 노출될 수 있다.
도 12b를 참조하면, 블루 테이프 등의 신장 가능한 테이프 상에서 개별 발광 다이오드 영역별로 분리하고 이를 신장시켜 개별 발광 다이오드 영역들을 서로 이격시킬 수 있다. 그 후, 분리된 개별 발광 다이오드 영역들을 자외선 경화용 테이프(61) 상에 전사하여 부착시킨다. 이때, 메사(M)가 테이프(61) 내로 묻힐 수 있으며, 따라서, 메사(M) 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층(23)이 테이프(61)의 상면에 접할 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 발광 다이오드 영역에서 테이프(61)와 접하는 부분을 조절할 수 있으며, 제1 도전형 반도체층(23)의 일부 두께가 테이프(61) 내에 묻힐 수도 있다.
한편, 개별 발광 다이오드 영역의 기판(21) 측면은 스크라이빙에 의해 형성된 경사면과 브레이킹에 의해 형성된 수직면이 형성될 수 있다.
도 12c를 참조하면, 개별 발광 다이오드 영역들 상에 측면 반사층(41)을 증착한다. 측면 반사층(41)은 예컨대 스퍼터링 기술을 이용하여 증착될 수 있다. 측면 반사층(41)은 Ag 또는 Al과 같은 금속 반사층을 포함한다. 측면 반사층(41)의 구체적인 구조 및 재료에 대해서는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 동일하므로, 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다.
측면 반사층(41)은 경사진 측면 및 수직한 측면에서 대체로 균일한 두께로 기판(21)의 측면에 형성된다. 나아가, 측면 반사층(41)은 포토레지스트 패턴(51)을 덮으며, 포토레지스트 패턴(51)에 의해 노출된 기판(21) 상면을 덮는다.
한편, 제1 도전형 반도체층(23)의 노출면은 테이프(61)로 가려지므로, 측면 반사층(41)은 제1 도전형 반도체층(23)의 노출면에 형성되는 것이 방지된다. 따라서, 측면 반사층(41)이 제1 패드 금속층(35a)과 중첩되는 것을 방지할 수 있다.
도 12d를 참조하면, 포토레지스트 패턴(51)을 제거함으로써 기판(21) 측면 및 상면에 형성된 측면 반사층(41)을 제외하고 포토레지스트 막과 함께 포토레지스트 막 상에 형성된 반사물질층을 제거할 수 있다. 이에 따라, 기판(21)의 측면을 덮고 상면 일부를 덮는 측면 반사층(41)을 형성할 수 있다.
도 12e를 참조하면, 기판(21) 상면에 복수의 파장변환기들(81a, 81b)이 부착된다. 파장변환판기(81a, 81b)은 접착제(71)를 이용하여 기판(21)에 부착될 수 있으며, 또는 기판(21) 상면에 형성된 측면 반사층(41) 상에 직접 접착될 수도 있다. 이어서, 테이프(61)로부터 개별 발광 다이오드를 분리함으로써 도 1의 발광 다이오드(100)가 완성된다.
파장변환기들(81a, 81b)은 형광체를 함유하는 파장변환 시트 또는 세라믹 플레이트 형광체(ceramic plate phosphor)를 포함할 수 있으며, 특히, 형광체 글래스(phosphor in glass; PIG) 또는 SiC 형광체를 포함할 수 있다. 세라믹 플레이트 형광체는 특히 고온에서도 변색이 발생되지 않기 때문에, 장시간 사용될 수 있다.
한편, 복수의 파장변환기들(81a, 81b)은 각각 서로 다른 종류의 형광체를 포함할 수 있다. 예컨대, 파장변환기(81a)는 활성층(25)에서 생성된 광에 의해 녹색을 방출하는 형광체를 포함할 수 있으며, 파장변환판(81b)은 활성층(25)에서 생성된 광에 의해 적색을 방출하는 형광체를 포함할 수 있다. 활성층(25)에서 청색을 방출하는 경우, 파장변환기들(81a, 81b)에서 변환된 광과 활성층(25)에서 생성된 광의 조합에 의해 백색광을 구현할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 두 개의 파장변환기들(81a, 81b)이 부착된 것에 대해 설명하지만, 그 이상의 파장변환기들이 부착될 수도 있다. 예를 들어, 청색 형광체를 포함하는 파장변환기를 더 포함할 수 있으며, 이에 따라, 활성층(23)은 자외선을 방출하고, 파장변환기들에서 변환된 광들에 의해 백색광이 구현될 수도 있다.
본 실시예에서, 백색광을 구현하는 발광 다이오드(100)에 대해 설명하지만, 백색광에 한정되는 것은 아니며 다양한 색상의 혼색광이 복수의 파장변환기들(81a, 81b)을 이용하여 구현될 수 있다.
한편, 본 실시예에 있어서, 레이저를 이용하여 스크라이빙 라인(LS)을 형성하는 것에 대해 설명하였지만, 스크라이빙 라인(LS)은 블레이드를 이용하여 형성될 수도 있다. 이 경우, 기판(21) 측면의 경사진 면의 경사를 더 완만하게 만들 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 스크라이빙 라인(LS)이 제1 및 제2 범프 패드들(39a, 39b)이 형성된 후에 형성되는 것으로 설명하였지만, 스크라이빙 라인(LS)은 상부 절연층(37)을 형성하기 전에 형성될 수도 있다. 이 경우, 스크라이빙 라인(LS) 내부에 상부 절연층(37)이 형성될 수 있으며, 따라서, 도 3의 실시예와 같은 발광 다이오드(200)가 제조될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
발광 다이오드(100)는 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 발광 다이오드이며, 이 발광 다이오드(100)는 제1 및 제2 범프 패드들(39a, 39b)을 이용하여 제1 및 제2 패드들(93a, 93b)이 배치된 지지 기판(91) 상에 플립 본딩된다. 지지 기판(91)은 예를 들어 서브 마운트, 인쇄회로보드 또는 리드 프레임 등일 수 있다.
한편, 백색 장벽층(white wall, 95)이 발광 다이오드(100)의 측면을 덮을 수 있다. 백색 장벽층(95)은 예를 들어 실리콘 수지 또는 에폭시 수지에 TiO2 등을 혼합하여 형성될 수 있다. 백색 장벽층(95)은 시간이 지남에 따라 내부에 크랙과 같은 결함이 생성될 수 있다. 따라서, 측면 반사층(41) 없이 백색 장벽층(95)을 직접 발광 다이오드의 측면에 형성한 경우, 발광 다이오드로부터 방출된 광이 백색 장벽층(95)을 통해 외부로 방출되는 광 누설이 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명은 측면 반사층(41)을 발광 다이오드의 측면에 형성함으로써 장시간 동안 광 누설 없는 발광 소자를 제공할 수 있다. 한편, 상기 백색 장벽층(95)은 생략될 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 발광 다이오드(100)가 지지 기판(91)에 플립 본딩된 발광 소자에 대해 설명하지만, 도 3의 발광 다이오드(200)가 지지 기판(91) 상에 실장될 수도 있다.
본 실시예에 따른 발광 소자는 특히 고전류밀도 및 고온에서 동작하는 응용분야, 예컨대 자동차용 헤드램프에 적합하며, 또한 다양한 조명 분야에 적용할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이들 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하나의 실시예에 대해서 설명한 사항이나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한, 다른 실시예에도 적용될 수 있다.

Claims (22)

  1. 기판;
    상기 기판 하부에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 반도체 적층;
    상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 오믹 반사층;
    상기 오믹 반사층 하부에 배치되며, 상기 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층에 각각 전기적으로 접속된 제1 범프 패드 및 제2 범프 패드;
    상기 기판의 측면을 덮는 측면 반사층; 및
    상기 기판 상에 서로 이웃하여 부착된 복수의 파장변환기를 포함하고,
    상기 복수의 파장변환기는 서로 다른 형광체를 함유하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 파장변환기는 파장변환 시트 또는 세라믹 플레이트 형광체를 포함하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 측면 반사층의 일부는 상기 기판의 상면 상에 위치하는 발광 다이오드.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 기판 상면 상에 위치하는 측면 반사층은 상기 기판의 평평한 면 상에 위치하는 발광 다이오드.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기판 상면에 형성된 러프니스를 더 포함하되,
    상기 러프니스는 상기 평평한 면에 의해 분리된 영역들에 형성되고,
    상기 복수의 파장변환기들은 각각 상기 분리된 영역들 상에 배치된 발광 다이오드.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 질화갈륨계 기판이며,
    상기 활성층에서 상기 기판의 상면까지의 모든 층들은 질화갈륨계 반도체로 이루어지고,
    상기 활성층에서 상기 기판의 상면까지의 거리는 50um 이상인 발광 다이오드.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 상기 제1 도전형 반도체층의 상면에 대해 수직한 측면 및 상기 수직한 측면에 대해 경사진 측면을 포함하고,
    상기 수직한 측면이 상기 경사진 측면에 비해 상기 기판의 상면에 더 가까운 발광 다이오드.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 측면 반사층은 상기 수직한 측면 및 상기 경사진 측면을 덮는 발광 다이오드.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층의 일부 영역 아래에 배치된 메사를 포함하고,
    상기 메사는 상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층을 포함하며,
    상기 측면 반사층은 상기 메사로부터 이격된 발광 다이오드.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 오믹 반사층을 덮되, 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 제1 개구부 및 상기 오믹 반사층을 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 하부 절연층;
    상기 하부 절연층 아래에 배치되고 상기 제1 개구부를 통해 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제1 패드 금속층;
    상기 하부 절연층 아래에 배치되고, 상기 제2 개구부를 통해 상기 오믹 반사층에 전기적으로 접속된 제2 패드 금속층; 및
    상기 제1 패드 금속층 및 상기 제2 패드 금속층을 덮되, 상기 제1 패드 금속층을 노출시키는 제1 개구부 및 상기 제2 패드 금속층을 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 상부 절연층을 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 범프 패드는 상기 상부 절연층 아래에 배치되어 상기 상부 절연층의 제1 개구부 및 제2 개구부를 통해 상기 제1 패드 금속층 및 상기 제2 패드 금속층에 각각 접속하는 발광 다이오드.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 메사는 제2 도전형 반도체층 및 활성층을 관통하여 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 관통홀을 포함하고,
    상기 제1 패드 금속층은 상기 관통홀을 통해 노출된 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 발광 다이오드.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 메사는 측면들에 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 오목부들을 더 포함하고,
    상기 제1 패드 금속층은 상기 오목부들을 통해 노출된 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 발광 다이오드.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 메사는 모서리들이 절단된 형상을 갖고,
    상기 제1 패드 금속층은 상기 메사의 모서리들 근처에서 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 발광 다이오드.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 오믹 반사층의 주위에서 상기 제2 도전형 반도체층에 오믹 접촉하는 오믹 산화물층을 더 포함하는 발광 다이오드.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 측면 반사층은 상기 기판의 측면 및 제1 도전형 반도체층의 측면을 덮는 발광 다이오드.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 측면 반사층은 금속 반사층을 포함하는 발광 다이오드.
  17. 러프니스를 갖는 광 출사면 및 측면들을 갖는 기판;
    상기 광 출사면에 대향하여 상기 기판 아래에 배치된 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 아래에 배치되고, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 메사;
    상기 제2 도전형 반도체층을 덮는 오믹 반사층;
    상기 오믹 반사층을 덮되, 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 제1 개구부 및 상기 오믹 반사층을 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 하부 절연층;
    상기 하부 절연층 상에 배치되고 상기 제1 개구부를 통해 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제1 패드 금속층;
    상기 제1 패드 금속층에 전기적으로 접속된 제1 범프 패드;
    상기 오믹 반사층에 전기적으로 접속된 제2 범프 패드;
    상기 기판 상에 배치된 복수의 파장변환기들; 및
    상기 기판의 측면 및 상기 제1 도전형 반도체층의 측면을 덮는 측면 반사층을 포함하고,
    상기 측면 반사층은 상기 제1 패드 금속층과 중첩하지 않도록 상기 제1 패드 금속층으로부터 수평 방향으로 이격되며,
    상기 복수의 파장변환기들은 서로 다른 형광체를 함유하는 발광 다이오드.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 측면 반사층은 상기 기판 및 제1 도전형 반도체층의 측면을 덮음과 아울러, 상기 기판의 상면 일부를 덮는 발광 다이오드.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 하부 절연층 아래에 배치되고, 상기 제2 개구부를 통해 상기 오믹 반사층에 전기적으로 접속된 제2 패드 금속층; 및
    상기 제1 패드 금속층 및 상기 제2 패드 금속층을 덮되, 상기 제1 패드 금속층을 노출시키는 제1 개구부 및 상기 제2 패드 금속층을 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 상부 절연층을 더 포함하고,
    상기 제2 범프 패드는 상기 상부 절연층의 제2 개구부를 통해 상기 제2 패드 금속층에 접속된 발광 다이오드.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 기판의 측면은 상기 광 출사면에 대해 수직한 측면 및 상기 수직한 측면에 대해 경사진 측면을 포함하고,
    상기 측면 반사층은 상기 수직한 측면 및 경사진 측면을 덮는 발광 다이오드.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 경사진 측면과 상기 측면 반사층 사이에 개재된 절연층을 더 포함하는 발광 다이오드.
  22. 청구항 17에 있어서,
    상기 측면 반사층의 일측 단부는 상기 메사 주위의 제1 도전형 반도체층의 면과 나란하거나 그 면으로부터 이격된 발광 다이오드.
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