KR102149911B1 - 발광 다이오드 및 그것을 갖는 발광 다이오드 모듈 - Google Patents
발광 다이오드 및 그것을 갖는 발광 다이오드 모듈 Download PDFInfo
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Abstract
발광 다이오드 및 발광 다이오드 모듈이 개시된다. 이 발광 다이오드는, 제1 도전형 반도체층; 제1 도전형 반도체층 상에 위치하고, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 메사; 제1 도전형 반도체층에 콘택하는 제1 오믹 콘택 구조체; 메사 상에서 제2 도전형 반도체층에 콘택하는 제2 오믹 콘택 구조체; 메사 및 제1 도전형 반도체층을 덮되, 제1 오믹 콘택 구조체를 노출시키는 제1 개구부 및 제2 오믹 콘택 구조체를 노출시키는 제2 개구부를 가지는 하부 절연층; 및 하부 절연층의 제1 개구부를 통해 노출된 제1 오믹 콘택층에 접속하되, 제2 개구부를 노출시키는 제3 개구부를 가지는 전류 분산층을 포함한다.
제1 오믹 콘택 구조체를 전류 분산층으로부터 분리하여 형성함으로써 전류 분산층의 금속 재료 선택의 폭이 증가하며, 이에 따라, 전류 분산층의 광 반사율을 향상시킬 수 있다.
제1 오믹 콘택 구조체를 전류 분산층으로부터 분리하여 형성함으로써 전류 분산층의 금속 재료 선택의 폭이 증가하며, 이에 따라, 전류 분산층의 광 반사율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 발광 다이오드 및 발광 다이오드 모듈에 관한 것으로, 특히 인쇄회로보드 등의 기판 상에 솔더 페이스트를 통해 접착될 수 있는 발광 다이오드 및 그것을 갖는 발광 다이오드 모듈에 관한 것이다.
질화갈륨(GaN) 계열의 발광 다이오드가 개발된 이래, GaN 계열의 LED는 현재 천연색 LED 표시소자, LED 교통 신호기, 백색 LED 등 다양한 응용에 사용되고 있다.
질화갈륨 계열의 발광 다이오드는 일반적으로 사파이어와 같은 기판 상에 에피층들을 성장시키어 형성되며, N형 반도체층, P형 반도체층 및 이들 사이에 개재된 활성층을 포함한다. 한편, 상기 N형 반도체층 상에 N-전극 패드가 형성되고, 상기 P형 반도체층 상에 P-전극 패드가 형성된다. 상기 발광 다이오드는 상기 전극 패드들을 통해 외부 전원에 전기적으로 연결되어 구동된다. 이때, 전류는 P-전극 패드에서 상기 반도체층들을 거쳐 N-전극 패드로 흐른다.
한편, P-전극 패드에 의한 광 손실을 방지하고 방열 효율을 높이기 위해 플립칩 구조의 발광 다이오드가 사용되고 있으며, 대면적 플립칩 구조의 발광 다이오드에서 전류 분산을 돕기 위한 다양한 전극 구조가 제안되고 있다(US6,486,499 참조). 예컨대, P형 반도체층 상에 반사 전극을 형성하고, P형 반도체층과 활성층을 식각하여 노출된 N형 반도체층 상에 전류 분산을 위한 연장부들을 형성하고 있다.
P형 반도체층 상에 형성된 반사 전극은 활성층에서 생성된 광을 반사시켜 광 추출 효율을 향상시키며 또한 P형 반도체층 내의 전류 분산을 돕는다. 한편, N형 반도체층에 접속된 연장부들은 N형 반도체층 내의 전류 분산을 도와 넓은 활성 영역에서 고르게 광을 생성하도록 한다. 특히, 고출력을 위해 사용되는 약 1㎟ 이상의 대면적 발광 다이오드에 있어서, P형 반도체층 내의 전류분산과 함께 N형 반도체층 내의 전류 분산이 요구된다.
그러나 종래 기술은 선형의 연장부들을 사용함에 따라 연장부들의 저항이 커서 전류를 분산시키는데 한계가 있다. 나아가, 반사 전극이 P형 반도체층 상에 한정되어 위치하므로, 반사 전극에 의해 반사되지 못하고 패드들 및 연장부들에 의해 손실되는 광이 상당히 발생된다.
한편, 대한민국 특허공개공보 제10-2013-0030178호는 N형 반도체층에 오믹콘택하면서 메사들을 덮는 전류분산층을 채택함으로써 연장부들의 저항을 낮추고 있다. 나아가, 상기 전류 분산층이 반사 금속층을 포함하는 것을 개시하며, 이에 따라, 광 손실을 감소시킨다.
그러나, 위 종래 기술은 전류 분산층이 오믹 콘택층 및 반사 금속층을 포함하기 때문에, 전류 분산층의 광 반사율이 낮은 단점이 있다.
한편, 발광 다이오드는 최종 제품에 사용될 때, 발광 다이오드 모듈로 모듈화된다. 발광 다이오드 모듈은 일반적으로 인쇄회로보드와 상기 인쇄회로보드 상에 장착된 발광 다이오드 패키지를 포함하며, 발광 다이오드는 칩 형태로 발광 다이오드 패키지 내에 실장된다. 종래의 발광 다이오드 칩은 실버 페이스트 또는 AuSn 솔더를 이용하여 서브마운트나 리드프레임 또는 리드 전극 등에 실장되어 패키징되며, 그 후 발광 다이오드 패키지가 인쇄회로보드 등에 솔더 페이스트를 통해 실장된다. 이에 따라, 발광 다이오드 칩 상의 패드들은 솔더 페이스트로부터 멀리 떨어져 위치하며, 상대적으로 안정한 실버 페이스트나 AuSn 등 접착 재료을 통해 접착된다.
그런데, 최근 발광 다이오드의 패드들을 직접 인쇄회로보드 등에 솔더 페이스트를 이용하여 접착시켜 발광 다이오드 모듈을 제조하는 기술이 연구되고 있다. 예컨대, 발광 다이오드 칩을 패키징화하지 않고 직접 인쇄회로보드 상에 실장하여 발광 다이오드 모듈을 제작하거나, 또는 소위 웨이퍼 레벨 발광 다이오드 패키지를 제작하고 이 패키지를 인쇄회로보드 상에 실장하여 발광 다이오드 모듈을 제작할 수 있다. 이들의 경우, 패드들이 직접 솔더 페이스트에 접하기 때문에, 솔더 페이스트 내의 주석(Sn) 등의 금속 원소가 패드들을 통해 발광 다이오드 내로 확산하고 이에 따라 발광 다이오드 내에서 전기적 단락이 발생되어 소자 불량이 초래될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전류 분산 성능을 개선함과 아울러 광 손실을 줄일 수 있는 발광 다이오드 및 발광 다이오드 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 솔더 페이스트를 통해 기판 상에 접착된 발광 다이오드를 갖는 발광 다이오드 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 솔더 페이스트 내의 금속 원소의 확산을 방지할 수 있는 발광 다이오드 및 발광 다이오드 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 특징 및 장점들은 아래의 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 일 태양에 따른 발광 다이오드는, 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하고, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 메사; 상기 제1 도전형 반도체층에 콘택하는 제1 오믹 콘택 구조체; 상기 메사 상에서 상기 제2 도전형 반도체층에 콘택하는 제2 오믹 콘택 구조체; 상기 메사 및 상기 제1 도전형 반도체층을 덮되, 상기 제1 오믹 콘택 구조체를 노출시키는 제1 개구부 및 상기 제2 오믹 콘택 구조체를 노출시키는 제2 개구부를 가지는 하부 절연층; 및 상기 하부 절연층의 상기 제1 개구부를 통해 노출된 상기 제1 오믹 콘택층에 접속하되, 상기 제2 개구부를 노출시키는 제3 개구부를 가지는 전류 분산층을 포함한다.
제1 오믹 콘택 구조체를 상기 전류 분산층으로부터 분리하여 형성함으로써 전류 분산층의 금속 재료 선택의 폭이 증가하며, 이에 따라, 전류 분산층의 광 반사율을 향상시킬 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드는 복수의 제1 오믹 콘택 구조체들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전류 분산층은 상기 복수의 제1 오믹 콘택 구조체들을 서로 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 전류 분산층을 이용하여 복수의 제1 오믹 콘택 구조체들을 서로 전기적으로 연결하기 때문에, 제1 오믹 콘택 구조체들에 전류가 쉽게 분산될 수 있어 발광 다이오드의 전류 분산 성능을 개선할 수 있다. 더욱이, 전류 분산층은 발광 다이오드의 넓은 면적에 걸쳐 형성될 수 있고, 따라서, 전류 분산층의 저항을 낮출 수 있다.
한편, 상기 전류 분산층은 상기 제1 오믹 콘택 구조체와 다른 적층 구조를 가지며, 금속 반사층을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 금속 반사층은 상기 전류 분산층의 최하층일 수 있다. 따라서, 상기 메사의 측면을 통해 방출되는 광은 금속 반사층에서 직접 반사되며, 그 결과, 전류 분산층에 의한 광 손실을 줄일 수 있다.
상기 발광 다이오드는, 상기 전류 분산층의 제3 개구부 내에 위치하고, 상기 제2 개구부를 통해 노출된 상기 제2 오믹 콘택 구조체에 접속하는 확산 방지 보강층을 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 확산 방지 보강층은 상기 전류 분산층과 동일한 적층 구조를 가질 수 있다. 상기 확산 방지 보강층을 채택함으로써, Sn과 같은 금속이 제2 오믹 콘택 구조체로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
나아가, 상기 발광 다이오드는 복수의 메사들 및 각 메사 상의 제2 도전형 반도체층에 접속하는 복수의 제2 오믹 콘택 구조체들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 확산 방지 보강층은 상기 제2 오믹 콘택 구조체들을 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 발광 다이오드는, 상기 전류 분산층을 덮는 상부 절연층을 더 포함할 수 있다. 상기 상부 절연층은 상기 전류 분산층을 노출시켜 제1 전극 패드 영역을 한정하는 제4 개구부와 상기 제2 오믹 콘택 구조체의 상부 영역을 노출시켜 제2 전극 패드 영역을 한정하는 제5 개구부를 가진다.
한편, 상기 발광 다이오드는, 상기 전류 분산층의 제3 개구부 내에 위치하고, 상기 제2 개구부를 통해 노출된 상기 제2 오믹 콘택 구조체에 접속하는 확산 방지 보강층을 더 포함할 수 있으며, 상기 확산 방지 보강층이 상기 제5 개구부에 노출될 수 있다.
또한, 상기 전류 분산층 및 상기 확산 방지 보강층은 서로 동일한 적층 구조를 가질 수 있으며, 금속 반사층을 포함할 수 있다.
나아가, 상기 전류 분산층은 금속 반사층, 확산 방지층 및 산화방지층을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 전류 분산층 및 상기 확산 방지 보강층에 의해 활성층에서 생성된 광을 반사시킬 수 있으며, 또한, Sn 등의 확산을 방지할 수 있어 솔더 페이스트를 이용하여 발광 다이오드를 인쇄회로보드 등에 실장할 수 있다.
또한, 상기 전류 분산층은 상기 산화방지층 상에 위치하는 접착층을 더 포함할 수 있다. 상기 접착층은 전류 분산층 상에 위치하는 상부 절연층과 전류 분산층의 접착력을 향상시킨다.
본 발명의 또 다른 태양에 따른 발광 다이오드 모듈은, 인쇄회로보드; 및 상기 인쇄회로보드 상에 접착된 발광 다이오드를 포함한다. 상기 발광 다이오드는 앞서 설명한 임의의 발광 다이오드일 수 있으며, 솔더 페이스트를 통해 인쇄회로보드 상에 접착된다.
특히, 상기 발광 다이오드는, 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하고, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 메사; 상기 제1 도전형 반도체층에 콘택하는 제1 오믹 콘택 구조체; 상기 메사 상에서 상기 제2 도전형 반도체층에 콘택하는 제2 오믹 콘택 구조체; 상기 메사 및 상기 제1 도전형 반도체층을 덮되, 상기 제1 오믹 콘택 구조체를 노출시키는 제1 개구부 및 상기 제2 오믹 콘택 구조체를 노출시키는 제2 개구부를 가지는 하부 절연층; 상기 하부 절연층의 상기 제1 개구부를 통해 노출된 상기 제1 오믹 콘택층에 접속하되, 상기 제2 개구부를 노출시키는 제3 개구부를 가지는 전류 분산층; 및 상기 전류 분산층을 덮는 상부 절연층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 상부 절연층은 상기 전류 분산층을 노출시켜 제1 전극 패드 영역을 한정하는 제4 개구부와 상기 제2 개구부를 통해 노출된 제2 오믹 콘택 구조체의 상부 영역을 노출시켜 제2 전극 패드 영역을 한정하는 제5 개구부를 가지고, 상기 제1 전극 패드 영역 및 상기 제2 전극 패드 영역이 각각 솔더 페이스트를 통해 상기 인쇄회로보드 상의 대응 패드들에 접착될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따른 발광 다이오드 제조 방법은, 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 형성하고, 상기 제2 도전형 반도체층 및 활성층을 패터닝하여 상기 제1 도전형 반도체층 상에 메사를 형성하고, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 콘택하는 제1 오믹 콘택 구조체 및 상기 메사 상의 제2 도전형 반도체층 상에 콘택하는 제2 오믹 콘택 구조체를 형성하고, 상기 메사 및 상기 제1 도전형 반도체층을 덮는 하부 절연층을 형성하되, 상기 하부 절연층은 상기 제1 오믹 콘택 구조체를 노출시키는 제1 개구부 및 상기 제2 오믹 콘택 구조체를 노출시키는 제2 개구부를 갖고, 상기 하부 절연층 상에 상기 제1 오믹 콘택 구조체에 접속하는 전류 분산층을 형성하는 것을 포함한다. 또한, 상기 전류 분산층은 상기 제2 개구부를 노출시키는 제3 개구부를 가진다.
제1 오믹 콘택 구조체와 전류 분산층을 별개의 공정으로 형성하기 때문에, 전류 분산층의 최하층을 오믹 금속으로 형성할 필요가 없으며, 따라서, 전류 분산층에 의한 광 손실을 줄일 수 있다.
한편, 상기 방법은, 상기 전류 분산층을 형성하는 동안, 상기 제3 개구부 내에 위치하는 확산 방지 보강층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 확산 방지 보강층은 전류 분산층과 동일 공정에서 동일 재료로 형성될 수 있으며, 따라서, 확산 방지 보강층은 전류 분산층과 동일한 적층 구조를 가질 수 있다.
나아가, 상기 방법은, 상기 전류 분산층을 덮는 상부 절연층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있으며, 상기 상부 절연층은 상기 전류 분산층을 노출시키는 제4 개구부 및 상기 확산 방지 보강층을 노출시키는 제5 개구부를 가질 수 있다.
상기 제4 개구부 및 제5 개구부를 통해 노출된 전류 분산층 및 확산 방지 보강층이 각각 전극 패드로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 오믹 콘택 구조체를 상기 전류 분산층으로부터 분리하여 형성함으로써 전류 분산층의 금속 재료 선택의 폭이 증가하며, 이에 따라, 전류 분산층의 광 반사율을 향상시킬 수 있다. 나아가, 전류 분산층 및 확산 방지 보강층을 이용하여, 솔더 페이스트 내의 금속 원소의 확산을 방지할 수 있는 발광 다이오드 및 그것을 갖는 발광 다이오드 모듈을 제공할 수 있다. 나아가, 전류 분산 성능이 개선된 발광 다이오드, 특히 플립칩형 발광 다이오드가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2 내지 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 및 발광 다이오드 모듈 제조 방법을 설명하기 위한 도면들로서, 도 2 내지 도 8의 각 도면들에서 (a)는 평면도를 (b)는 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도를 (c)는 절취선 B-B를 따라 취해진 단면도를 나타낸다.
도 2 내지 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 및 발광 다이오드 모듈 제조 방법을 설명하기 위한 도면들로서, 도 2 내지 도 8의 각 도면들에서 (a)는 평면도를 (b)는 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도를 (c)는 절취선 B-B를 따라 취해진 단면도를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 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 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드 모듈은 패드들(53a, 53b)을 갖는 인쇄회로보드(51) 및 솔더 페이스트(55)를 통해 인쇄회로보드(51)에 접착된 발광 다이오드(100)를 포함한다.
인쇄회로보드는 인쇄회로가 형성된 기판으로서, 발광 다이오드 모듈을 제공하기 위한 기판이면 특별히 한정되지 않는다.
한편, 종래에는 리드 프레임이나 리드 전극들이 형성된 인쇄회로기판에 발광 다이오드가 실장되고, 이러한 발광 다이오드가 실장된 패키지가 인쇄회로보드 상에 실장되어 왔다. 그러나, 본 실시예에서는 발광 다이오드(100)가 직접 솔더 페이스트(55)를 통해 인쇄회로보드(51) 상에 실장되어 있다.
발광 다이오드(100)는 플립칩 형태로 뒤집어져서 인쇄회로보드 상에 실장된다. 발광 다이오드(100)는 인쇄회로보드에 실장되기 위해 제1 전극 패드 영역(43a) 및 제2 전극 패드 영역(43b)을 가진다. 이들 제1 및 제2 전극 패드 영역들(43a, 43b)은 발광 다이오드(100)의 일면에서 리세스되어 위치할 수 있다.
한편, 발광 다이오드(100)의 하면, 즉 제1 및 제2 전극 패드 영역들(43a, 43b)에 대향하는 면은 파장변환기(45)로 덮일 수 있다. 파장변환기(45)는 발광 다이오드(100)의 하면뿐만 아니라 측면을 덮을 수 있다.
도 1은 설명의 편의를 위해 개략적으로 도시된 것이며, 후술하는 발광 다이오드 제조 방법을 통해 발광 다이오드의 구조 및 각 구성요소들이 더욱 명확하게 이해될 것이다.
도 2 내지 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 및 발광 다이오드 모듈 제조 방법을 설명하기 위한 도면들로서, 도 2 내지 도 8의 각 도면들에서 (a)는 평면도를 (b)는 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도를 (c)는 절취선 B-B를 따라 취해진 단면도를 나타낸다.
우선, 도 2를 참조하면, 기판(21) 상에 제1 도전형 반도체층(21)이 형성되고, 상기 제1 도전형 반도체층(21) 상에 서로 이격된 복수의 메사들(M)이 형성된다. 복수의 메사들(M)은 각각 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)을 포함한다. 여기서, 3개의 메사들(M)이 서로 이격되어 형성된 것을 도시 및 설명하지만, 더 많은 수의 메사들(M)이 형성될 수도 있으며, 하나 또는 두 개의 메사들(M)이 형성될 수도 있다.
상기 복수의 메사(M)들은 기판(21) 상에 제1 도전형 반도체층(23), 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)을 포함하는 에피층을 금속 유기화학 기상 성장법 등을 이용하여 성장시킨 후, 제1 도전형 반도체층(23)이 노출되도록 제2 도전형 반도체층(27) 및 활성층(25)을 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 상기 복수의 메사들(M)의 측면은 포토레지스트 리플로우와 같은 기술을 사용함으로써 경사지게 형성될 수 있다. 메사(M) 측면의 경사진 프로파일은 활성층(25)에서 생성된 광의 추출 효율을 향상시킨다.
상기 기판(21)은 질화가륨계 반도체층을 성장시킬 수 있는 기판으로서, 예컨대 사파이어 기판, 탄화실리콘 기판, 질화갈륨(GaN) 기판, 스피넬 기판 등일 수 있다. 특히, 상기 기판은 패터닝된 사파이어 기판과 같이 패터닝된 기판일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(23)은 예컨대 n형 질화갈륨계층을 포함하고, 제2 도전형 반도체층(27)은 p형 질화갈륨계층을 포함할 수 있다. 또한, 활성층(25)은 단일양자우물 구조 또는 다중양자우물 구조일 수 있으며, 우물층과 장벽층을 포함할 수 있다. 또한, 우물층은 요구되는 광의 파장에 따라 그 조성원소가 선택될 수 있으며, 예컨대 AlGaN, GaN 또는 InGaN을 포함할 수 있다. 활성층의 조성 원소에 따라, 발광 다이오드는 가시광을 방출하는 발광 다이오드 또는 자외선을 방출하는 발광 다이오드가 된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(21) 상에 복수의 메사들(M)이 형성될 경우, 복수의 메사들(M)은 기다란 형상을 가지고 일측 방향으로 서로 평행하게 연장할 수 있다. 이러한 형상은 기판(21) 상에서 복수의 칩 영역에 동일한 형상의 복수의 메사들(M)을 형성하는 것을 단순화시킨다.
도 3을 참조하면, 메사 식각에 의해 노출된 제1 도전형 반도체층(21) 상에 제1 오믹 콘택 구조체(29)가 형성된다. 제1 오믹 콘택 구조체(29)는 메사들(M)의 길이 방향을 따라 메사들(M) 사이 및 가장자리들에 형성될 수 있다. 제1 오믹 콘택 구조체(29)는 제1 도전형 반도체층(21)에 오믹 콘택하는 재료로 형성되며, 예를 들어, Ti/Al을 포함할 수 있다. 특히, 자외선 발광 다이오드의 경우, 제1 오믹 콘택 구조체는 Ti/Al/Ti/Au의 적층 구조를 가질 수 있다.
본 실시예에서, 복수의 제1 오믹 콘택 구조체(29)가 서로 이격되어 형성된 것으로 도시 및 설명하지만, 서로 연결된 하나의 제1 오믹 콘택 구조체(29)가 제1 도전형 반도체층(21) 상에 형성될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 메사들(M) 상에 제2 오믹 콘택 구조체(35)가 형성된다. 제2 오믹 콘택 구조체(35)는 리프트 오프 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 제2 오믹 콘택 구조체(35)는 각 메사(M) 상에 형성되며, 메사(M)와 대체로 유사한 형상을 가진다.
제2 오믹 콘택 구조체(35)는 발광 다이오드의 종류에 따라 그 구조가 다를 수 있다. 예컨대, UVB 영역 및 UVB에 가까운 UVA 영역대의 자외선을 방출하는 발광 다이오드에 있어서, 제2 오믹 콘택 구조체(35)는 Ni/Au 또는 Ni/Au와 그 위의 접착층을 포함할 수 있다.
한편, 청색 발광 다이오드 또는 청색광에 가까운 UVA 영역대의 자외선 발광 다이오드의 경우, 제2 오믹 콘택 구조체(35)는 반사 금속부(31), 캐핑 금속부(32) 및 산화 방지 금속부(33)를 포함할 수 있다. 반사 금속부(31)는 오믹층 및 반사층을 포함하며, 상기 캐핑 금속부(32)와의 사이에 응력 완화층을 포함할 수 있다. 응력 완환층은 반사 금속부(31)와 캐핑 금속부(32)의 열팽창 계수 차이에 의한 응력을 완화한다.
반사 금속부(31)는, 예컨대, Ni/Ag/Ni/Au로 형성될 수 있으며, 전체 두께가 약 1600Å일 수 있다. 반사 금속부(31)는 도시한 바와 같이 측면이 경사지게, 즉, 바닥부가 상대적으로 더 넓은 형상을 갖도록 형성된다. 이러한 반사 금속부(31)는 메사들(M)을 노출시키는 개구부를 가지는 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 전자-빔 증발법을 이용하여 형성될 수 있다.
한편, 캐핑 금속부(32)는 반사 금속부(31)의 상면 및 측면을 덮어 반사 금속부(31)를 보호한다. 캐핑 금속부(32)는 스퍼터링 기술을 이용하여 또는 기판(21)을 기울여서 회전시키며 진공증착하는 전자-빔 증발법(예컨대, planetary e-beam evaporation)을 이용하여 형성될 수 있다. 캐핑 금속부(32)는 Ni, Pt, Ti, 또는 Cr을 포함할 수 있으며, 예컨대 약 5쌍의 Ni/Pt 또는 약 5쌍의 Ni/Ti를 증착하여 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 캐핑 금속부(32)는 TiW, W, 또는 Mo을 포함할 수 있다.
응력 완화층은 반사층과 캐핑 금속부(32)의 금속 물질에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 예컨대, 상기 반사층이 Al 또는 Al합금이고, 캐핑 금속부(32)가 W, TiW 또는 Mo을 포함하는 경우, 응력 완화층은 Ag, Cu, Ni, Pt, Ti, Rh, Pd 또는 Cr의 단일층이거나, Cu, Ni, Pt, Ti, Rh, Pd 또는 Au의 복합층일 수 있다. 또한, 반사층이 Al 또는 Al합금이고, 캐핑 금속부(32)가 Cr, Pt, Rh, Pd 또는 Ni인 경우, 응력 완화층은 Ag 또는 Cu의 단일층이거나, Ni, Au, Cu 또는 Ag의 복합층일 수 있다.
또한, 반사층이 Ag 또는 Ag합금이고, 캐핑 금속부(32)가 W, TiW 또는 Mo을 포함하는 경우, 응력 완화층은 Cu, Ni, Pt, Ti, Rh, Pd 또는 Cr의 단일층이거나, Cu, Ni, Pt, Ti, Rh, Pd, Cr 또는 Au의 복합층일 수 있다. 또한, 반사층이 Ag 또는 Ag합금이고, 캐핑 금속부(32)가 Cr 또는 Ni인 경우, 응력 완화층은 Cu, Cr, Rh, Pd, TiW, Ti의 단일층이거나, Ni, Au 또는 Cu의 복합층일 수 있다.
또한, 산화 방지 금속부(33)는 캐핑 금속부(32)의 산화를 방지하기 위해 Au를 포함하며, 예컨대 Au/Ni 또는 Au/Ti로 형성될 수 있다. Ti는 SiO2와 같은 산화층의 접착력이 양호하므로 선호된다. 산화 방지 금속부(33) 또한 스퍼터링 또는 기판(21)을 기울여서 회전시키며 진공증착하는 전자-빔 증발법(예컨대, planetary e-beam evaporation)을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 제2 오믹 콘택 구조체(35)가 증착된 후, 포토레지스트 패턴이 제거됨으로써 도 4에 도시한 바와 같이 제2 도전형 반도체층(27) 상에 제2 오믹 콘택 구조체 구조체(35)가 남게 된다.
본 실시예에 있어서, 메사(M), 제1 오믹 콘택 구조체(29) 및 제2 오믹 콘택 구조체(35)를 차례로 형성하는 것으로 설명하였지만, 이들의 형성 순서는 바뀔 수 있다. 예를 들어, 제2 오믹 콘택 구조체(35)는 제1 오믹 콘택 구조체(29)보다 앞서 형성될 수 있으며, 또한, 메사(M)에 앞서 형성될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 제1 및 제2 오믹 콘택 구조체가 형성된 후, 메사(M) 및 제1 도전형 반도체층(21)을 덮도록 하부 절연층(37)이 형성된다. 상기 하부 절연층(37)은 화학기상증착(CVD) 등의 기술을 사용하여 SiO2 등의 산화막, SiNx 등의 질화막, MgF2의 절연막으로 형성될 수 있다. 상기 하부 절연층(37)은 예컨대 4000~12000Å의 두께로 형성될 수 있다. 상기 하부 절연층(37)은 단일층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다중층으로 형성될 수도 있다. 나아가, 하부 절연층(37)은 저굴절 물질층과 고굴절 물질층이 교대로 적층된 분포 브래그 반사기(DBR)로 형성될 수 있다. 예컨대, SiO2/TiO2나 SiO2/Nb2O5 등의 층을 적층함으로써 반사율이 높은 절연 반사층을 형성할 수 있다.
이어서, 하부 절연층(37) 및 제1 도전형 반도체층(23)을 레이저 스크라이빙 기술을 이용하여 칩 단위로 분리하는 분리 영역(23h)이 형성될 수 있다. 레이저 스크라이빙에 의해 기판(21) 상면에도 홈이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 도전형 반도체층(23)의 가장자리 근처에서 기판(21)이 노출된다.
레이저 스크라이빙 기술을 이용하여 제1 도전형 반도체층(23)을 칩 단위로 분리하기 때문에 별도의 포토 마스크는 사용되지 않는다.
본 실시예에 있어서, 하부 절연층(37)을 형성한 후에 하부절연층(37)과 제1 도전형 반도체층(23)을 레이저 스크라이빙 기술을 이용하여 칩 단위로 분리하지만, 하부 절연층(37)을 형성하기 전에, 레이저 스크라이빙 기술을 이용하여 제1 도전형 반도체층(23)을 칩 단위로 분리할 수도 있다.
도 6을 참조하면, 하부 절연층(37)을 패터닝하여 제1 오믹 콘택 구조체들(29)을 노출시키는 제1 개구부들(37a) 및 제2 오믹 콘택 구조체들(35)을 노출시키는 제2 개구부들(37b)을 형성한다.
도 6(a)에 도시한 바와 같이, 제2 개구부들(37b)은 기판(21)의 일측 가장자리에 치우쳐 각 메사(M) 상에 형성될 수 있다. 또한, 제2 개구부들(37b) 사이에 위치하는 제1 오믹 콘택 구조체(29)들은, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 하부 절연층(37)으로 덮인다.
한편, 제1 오믹 콘택 구조체들(29) 중 기판(21)의 가장자리들에 위치하는 제1 오믹 콘택 구조체들(29)은 제1 개구부들(37a)에 의해 그 전체가 노출될 수 있다. 그러나, 메사들(M) 사이에 위치하는 제1 오믹 콘택 구조체들(29)의 경우, 후속 공정에서 제1 오믹 콘택 구조체(29)와 제2 오믹 콘택 구조체(35)가 단락되는 것을 방지하기 위해, 제1 개구부들(37a)에 노출된 영역들은 제2 개구부들(37a) 사이의 영역들로부터 떨어져 위치한다.
도 7을 참조하면, 상기 하부 절연층(37) 상에 전류 분산층(39)이 형성된다. 상기 전류 분산층(39)은 메사들(M) 및 제1 도전형 반도체층(23)을 덮는다. 또한, 전류 분산층(39)은 제2 개구부들(37b)을 노출시키는 제3 개구부(39a)를 갖는다. 제3 개구부(39a)는 제2 개구부들(37b)을 통해 노출된 제2 오믹 콘택 구조체들(35)을 노출시킨다. 따라서, 전류 분산층(39)은 하부 절연층(37)에 의해 메사(M) 및 제2 오믹 콘택 구조체들(35)로부터 절연된다.
한편, 전류 분산층(39)은 하부 절연층(37)의 개구부들(37a)을 통해 제1 오믹 콘택 구조체(29)에 전기적으로 접속한다. 서로 이격된 제1 오믹 콘택 구조체들(29)이 전류 분산층(39)을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 나아가, 전류 분산층(39)은 제1 오믹 콘택 구조체들(29)의 측면을 덮을 수 있으며, 따라서, 제1 오믹 콘택 구조체들(29)의 측면으로 입사되는 광은 전류 분산층(39)에서 반사될 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 전류 분산층(39)은 기판(21) 상의 대부분의 영역을 덮으며, 따라서, 저항이 낮아 제1 오믹 콘택 구조체들(29)에 전류를 쉽게 분산시킬 수 있다.
상기 전류 분산층(39)은 금속 반사층, 확산 방지층 및 산화방지층을 포함할 수 있다. 나아가, 금속 반사층이 전류 분산층(39)의 최하층이 될 수 있다. 상기 금속 반사층은 전류 분산층으로 입사된 광을 반사시켜 발광 다이오드의 반사율을 증가시킨다. 금속 반사층으로는 Al이 사용될 수 있다. 또한, 확산 방지층은 금속 원자의 확산을 방지하여 금속 반사층을 보호한다. 특히, 확산 방지층은 Sn과 같은 솔더 페이스트 내의 금속 원자의 확산을 방지할 수 있다. 확산 방지층은 Cr, Ti, Ni, Mo, TiW 또는 W 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. Mo, TiW 및 W은 단층으로 형성될 수 있다. 한편, Cr, Ti, Ni은 쌍으로 형성될 수 있다. 특히, 상기 확산 방지층은 Ti/Ni 또는 Ti/Cr을 적어도 2쌍 포함할 수 있다. 한편, 산화방지층은 확산 방지층의 산화를 방지하기 위해 형성되며, Au를 포함할 수 있다.
상기 전류 분산층(39)은 최하층에 오믹 콘택층을 포함하는 종래의 전류 분산층과 대비하여 더 향상된 반사율을 가진다. 이에 따라, 전류 분산층(39)에서 광을 흡수하는 것에 의해 발생되는 광 손실을 감소시킬 수 있다.
상기 전류 분산층은 상기 산화방지층 상에 위치하는 접착층을 더 포함할 수 있다. 접착층은 Ti, Cr, Ni 또는 Ta를 포함할 수 있다. 접착층은 전류 분산층과 상부 절연층의 접착력을 향상시키기 위해 사용될 수 있으며, 생략될 수도 있다.
예를 들어, 상기 전류 분산층(39)은 Al/Ni/Ti/Ni/Ti/Au/Ti의 다층 구조를 가질 수 있다.
한편, 전류 분산층(39)을 형성하는 동안 제3 개구부(39a) 내에 확산 방지 보강층(40)이 형성될 수 있다. 상기 확산 방지 보강층(40)은 전류 분산층(39)과 동일 재료로 동일 공정에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 확산 방지 보강층(40)은 전류 분산층(39)과 동일한 적층 구조를 가진다.
한편, 확산 방지 보강층(40)은 전류 분산층(39)으로부터 이격되며, 제2 개구부(37b)를 통해 노출된 제2 오믹 콘택 구조체들(35)에 접속한다. 확산 방지 보강층(40)에 의해 서로 이격된 제2 오믹 콘택 구조체들(35)이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 도 7(c)에 도시한 바와 같이, 확산 방지 보강층(40)은 하부 절연층(37)에 의해 제1 오믹 콘택 구조체들(29)로부터 절연된다.
광 손실을 방지하기 위해, 상기 전류 분산층(39)과 확산 방지 보강층(40)은 전체 칩 면적의 80% 이상을 덮을 수 있다.
도 8을 참조하면, 전류 분산층(39) 상에 상부 절연층(41)이 형성된다. 상부 절연층(41)은 전류 분산층(39)을 노출시켜 제1 패드 영역(43a)을 정의하는 개구부(41a)와 함께, 확산 방지 보강층(40)을 노출시켜 제2 패드 영역(43a)을 정의하는 개구부(41b)를 갖는다. 상기 개구부들(41a, 41b)은 메사들(M)에 수직한 방향으로 기다란 형상을 가질 수 있다. 한편, 상부 절연층(41)의 개구부(41b)는 전류 분산층(39)의 개구부(39a)에 비해 더 좁은 면적을 가지며, 나아가, 확산 방지 보강층(40)의 면적보다 좁은 면적을 가질 수 있다. 따라서, 상부 절연층(41)이 제3 개구부(39a) 측벽을 덮는다.
한편, 확산 방지 보강층(40)이 생략된 경우, 상기 개구부(41b)는 제2 개구부들(37b)을 노출시키며, 또한, 제2 개구부들(37b)에 노출된 제2 오믹 콘택 구조체들(350을 노출시킬 것이다. 이 경우, 제2 오믹 콘택 구조체들(35)이 제2 패드 영역으로 사용될 수 있다.
덧붙여, 상부 절연층(41)은 칩 분리 영역(23h)에도 형성되어 제1 도전형 반도체층(23)의 측면을 덮을 수 있다. 이에 따라, 수분 등이 제1 도전형 반도체층의 상하 계면을 통해 침투되는 것을 방지할 수 있다.
상기 상부 절연층(41)은 솔더 페이스트의 금속 원소들이 확산되는 것을 방지하도록 실리콘 질화막으로 형성될 수 있으며, 1㎛ 이상 2㎛ 이하의 두께로 형성될 수 있다. 1㎛ 미만이면, 솔더 페이스트의 금속 원소들의 확산을 방지하기 어렵다.
선택적으로, 상기 제1 전극 패드 영역(43a) 및 제2 전극 패드 영역(43b) 상에 ENIG(electroless nickel immersion gold)와 같은 무전해 도금 기술을 이용하여 Sn 확산 방지 도금층(도시하지 않음)이 추가로 형성될 수 있다.
제1 전극 패드 영역(43a)은 전류 분산층(39) 및 제1 오믹 콘택 구조체(29)를 통해 제1 도전형 반도체층(23)에 전기적으로 접속하고, 제2 전극 패드 영역(43b)은 확산 방지 보강층(40), 제2 오믹 콘택 구조체(35)를 통해 제2 도전형 반도체층(27)에 전기적으로 접속한다.
상기 제1 전극 패드 영역(43a) 및 제2 전극 패드 영역(43b)은 솔더 페이스트를 통해 발광 다이오드를 인쇄회로보드 등에 실장하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 솔더 페이스트에 의해 제1 전극 패드 영역(43a)과 제2 전극 패드 영역(43b)이 단락되는 것을 방지하기 위해, 전극 패드들 사이의 거리는 약 300㎛ 이상인 것이 바람직하다.
그 후, 기판(21)의 하면을 그라인딩 및/또는 래핑 공정을 통해 부분적으로 제거하여 기판(21) 두께를 감소시킬 수 있다. 이어서, 기판(21)을 개별 칩 단위로 분할함으로써 서로 분리된 발광 다이오드가 제작된다. 이때, 상기 기판(21)은 레이저 스크라이빙 기술을 이용하여 형성된 분리 영역(23h)에서 분리될 수 있으며, 따라서 칩 분리를 위해 레이저 스크라이빙을 추가로 수행할 필요는 없다.
상기 기판(21)은 개별 발광 다이오드 칩 단위로 분할되기 전 또는 후에 발광 다이오드 칩에서 제거될 수도 있다.
한편, 서로 분리된 발광 다이오드 상에 도 1의 파장변환기(45)가 형성될 수 있다. 파장변환기(45)는 형광체를 함유하는 수지를 프린팅 기법을 이용하여 발광 다이오드 상에 코팅하거나, 또는 에어로졸 분사 장치를 이용하여 형광체 분말을 기판(21) 상에 코팅함으로써 형성될 수 있다. 특히, 에어로졸 증착 방법을 이용함으로써, 발광 다이오드에 균일한 두께의 형광체 박막을 형성할 수 있어 발광 다이오드에서 출사되는 광의 색상 균일도가 향상된다. 이에 따라, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드가 완성되며, 상기 발광 다이오드는 도 1에 도시한 바와 같이 솔더 페이스트를 통해 인쇄회로보드(51)의 대응 패드들(53a, 53b)에 접착되어 발광 다이오드 모듈이 완성된다.
구체적으로, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 도 9a는 발광 다이오드 모듈의 개략적인 사시도를, 도 9b의 (a)는 도 9a의 절취선 A-A에 따라 취해진 발광 다이오드 모듈의 단면도를, 도 9b의 (b)는 도 9a의 절취선 B-B선에 따라 취해진 발광 다이오드 모듈의 단면도를 도 9b의 (c)는 도 9a의 절취선 C-C선에 따라 취해진 발광 다이오드 모듈의 단면도를 나타낸다. 본 실시예에 있어서 도 1의 실시예와 달리 발명의 설명을 위하여 파장변환기가 생략되었지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 다이오드 모듈은, 솔더 페이스트(55)의 적어도 일부가 제1 전극 패드 영역(43a) 및 제2 전극 패드 영역(43b) 내에 배치되어, 인쇄회로보드(51)의 대응 패드들(53a, 53b) 각각과 접착됨으로써 완성될 수 있다.
Claims (15)
- 제1 도전형 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하고, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 메사;
상기 제2 도전형 반도체층에 콘택하는 오믹 콘택 구조체;
상기 메사 및 상기 제1 도전형 반도체층을 덮되, 상기 상기 제1 도전형 반도체층을 부분적으로 노출시키는 복수의 제1 개구부 및 상기 오믹 콘택 구조체를 노출시키며, 2개의 제1 개구부 사이에 배치되는 제2 개구부들을 가지는 하부 절연층;
상기 제2 개구부들을 노출하는 제3 개구부를 가지며, 상기 제1 개구부를 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 전류 분산층;
상기 전류 분산층의 제3 개구부 내에 위치하고, 상기 제2 개구부들에 의해 노출된 상기 오믹 콘택 구조체에 접속하여 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 확산 방지 보강층; 및
상기 전류 분산층을 덮는 상부 절연층;을 포함하는 발광 다이오드를 포함하고,
상기 전류 분산층은 상기 확산 방지 보강층과 이격되어 상기 확산 방지 보강층의 테두리를 둘러싸는 발광 다이오드 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 오믹 콘택 구조체는 반사 금속부, 캐핑 금속부 및 산화 방지 금속부를 포함하는 발광 다이오드 모듈.
- 청구항 2에 있어서,
상기 산화 방지 금속부는 Au를 포함하는 발광 다이오드 모듈.
- 청구항 3에 있어서,
상기 산화 방지 금속부는 Ti 또는 Ni를 더 포함하는 발광 다이오드 모듈.
- 청구항 2에 있어서,
상기 산화 방지 금속부는 상기 캐핑 금속부와 상기 하부 절연층 사이에 위치하며, 상기 캐핑 금속부 및 상기 하부 절연층과 접촉하는 발광 다이오드 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 복수의 제1 개구부는 복수의 제1-1 개구부와 복수의 제1-2 개구부로 구분되며,
상기 제1-2 개구부는 상기 제1-1 개구부보다 상기 발광 다이오드의 가장자리에 가까이 위치하는 발광 다이오드 모듈.
- 청구항 6에 있어서,
상기 제1-2 개구부는 상기 제1-1 개구부보다 긴 길이를 갖는 발광 다이오드 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전류 분산층 및 상기 확산 방지 보강층은 상기 발광 다이오드 전체 면적의 80% 이상을 덮는 발광 다이오드 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전류 분산층과 상기 확산 방지 보강층은 동일한 적층 구조를 갖는 발광 다이오드 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전류 분산층 및 상기 확산 방지 보강층은 금속 반사층을 포함하는 발광 다이오드 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 발광 다이오드가 실장되며, 상기 발광 다이오드와 전기적으로 연결되는 제1 패드 및 제2 패드가 형성된 인쇄회로보드를 더 포함하는 발광 다이오드 모듈.
- 청구항 11에 있어서,
상기 상부 절연층은 상기 전류 분산층을 노출시키고 제1 전극 패드 영역을 한정하는 제4 개구부와 상기 확산 방지 보강층의 상부 영역을 노출시키고 제2 전극 패드 영역을 한정하는 제5 개구부를 포함하고,
상기 인쇄회로보드의 상기 제1 패드 및 상기 제2 패드는 상기 발광 다이오드의 상기 제1 전극 패드 영역 및 상기 제2 패드 영역에 솔더 페이스트로 접착되는 발광 다이오드 모듈.
- 청구항 12에 있어서,
상기 솔더 페이스트는 상기 제1 전극 패드 영역 및 상기 제2 전극 패드 영역과 대응하는 상기 제1 패드 및 상기 제2 패드 사이에 개재되는 발광 다이오드 모듈.
- 청구항 13에 있어서,
상기 솔더 페이스트는 상기 전류 분산층 및 상기 확산 방지 보강층과 접촉하고, 상기 솔더 페이스트의 일부는 상기 상부 절연층과 접촉하는 발광 다이오드 모듈.
- 청구항 12에 있어서,
상기 솔더 페이스트의 일부는 상기 상부 절연층의 측면에 접촉하는 발광 다이오드 모듈.
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