KR101145891B1 - 역반사막을 구비한 엘이디 및 그 제작방법 - Google Patents
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Abstract
본원 발명은 칩온보드 패키징(Chip on Board Packaging)에 의해 보드에 장착되는 역반사막을 구비한 엘이디 및 그 제작방법을 개시한다. 개시된 역반사막을 구비한 엘이디는, 기판층;과, 기판층의 상부에 적층 형성되고 외부로 노출되는 상부면에 제 1 전극이 형성된 제 1 반도체층과 발광층과 제 2 반도체층이 순차적으로 적층 형성된 엘이디층;과, 전도성을 가지며 상기 제 2 반도체층의 상부면에 적층 형성되고 상부면에는 제 2 전극이 형성되어 상기 제 2 반도체층으로 전원을 공급하고 상기 발광층에서 발광된 빛을 상기 기판 층으로 반사하는 역반사막전극층;을 포함하여 구성되어, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 이용하여 플립칩 본딩에 의해 칩온보드 형태로 보드에 장착되도록 하고, 빛 추출 효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
Description
본원 발명은 엘이디(LED)의 빛 추출 효율을 향상시키며, 칩온보드 패키징(Chip on Board Packaging)에 의해 보드에 장착되는 역반사막을 구비한 엘이디 및 그 제작방법에 관한 것이다.
일반적으로 엘이디(LED)(이하 "엘이디"라 함)는 저전력의 소모, 반 영구적 수명 등의 장점으로 인해 현재 널리 사용되는 다양한 조명기구 또는 디스플레이 장치 등에 널리 사용되고 있다.
상기 엘이디 중 무기 엘이디는 기판의 상부에 화학증착법 등의 에피택셜성장 방법에 의해 적층 형성되는 P형반도체층, 발광층 및 N형반도체층을 포함한다. 이 경우 기판은 에피택셜 성장을 위한 고온 환경에 적용할 수 있도록 열에 강하며 빛 투과성을 가지는 사파이어 기판이 사용되는 것이 일반적이다. 그리고 유기 엘이디는 기판 상에 양측에 전극층이 형성된 폴리머 물질(polymer material)을 적층 형성한 구조를 가진다.
상술한 구성의 무기 엘이디와 유기 엘이디는 각각의 전극에 전원을 인가하는 경우 전극으로부터 전자와 정공을 주입하여 이들이 여기 상태를 거쳐 다시 재결합하는 것에 의해 발광을 수행한다.
이러한 엘이디에 있어서, 발광층에서 형성된 빛은 구면상으로 전파되므로 발생된 빛이 모두 의도된 빛의 방출방향으로 전파되지 못하는 것에 의해 빛의 추출 효율이 저하되는 문제점을 가진다.
따라서 이러한 엘이디에서의 빛의 추출 효율이 저하되는 문제점을 해결하기 위한 방법으로 엘이디의 빛 방출면 반대면에 반사막을 형성하여 빛의 추출 효율을 향상시키고자하는 노력이 계속되었다.
빛의 추출 효율을 향상시키기 위해 반사막을 구비한 엘이디의 예로는 대한민국 공개특허공보 제998-086740호에 개시된 "반도체 발광 소자"(종래기술 1)와 미국공개특허공보 US2009/0097234호 "ILLUMINATION DEVICE, LUMINAIRE AND DISPLAY DEVICE"에 개시된 엘이디 조명장치(종래기술 2)를 들 수 있다.
상기 종래기술 1은 사이이퍼 기판의 배면에 Au 등을 진공증착 또는 스퍼터링에 의해 평판형의 반사막을 형성하거나, 요철부를 가지는 사파이어기판의 표면에 SiO2, SiN 또는 유리 등의 광 투과성 평탄화막을 형성한 후 평탄화막에 반사막을 형성한 엘이디를 개시한다.
상기 종래기술 2는 유기엘이디를 구비한 조명장치에 관한 것으로서, 사파이어 기판과 반대되는 위치의 면에 렌즈들(glass beads)이 배열된 역반사막이 형성된 유기엘이디를 개시한다.
상기 종래기술1은 상술한 반사막을 구비하는 것에 의해 빛의 추출 효율을 향상시키게 된다. 그러나 상기 종래기술 1의 평판형 반사막의 경우에는 빛의 추출 효율이 낮아지는 문제점을 가지며, 또한 반사막을 사파이어 기판에 형성하는 것에 의해 칩온보드(Chip on Board) 기능을 위한 플립칩(Flip Chip) 구조를 구현하는 것이 용이하지 않게 될 수 있는 문제점을 가진다.
상기 종래기술 2 또한 엘이디의 빛 추출 효율을 향상시키나, 전극이 조명장치의 내부에 별도로 형성되고, 반사막이 전극의 기능을 수행하지 못하게 되므로 보드에 칩온 보드 형태로 장착되지 못하여 보드 장착시 와이어링을 수행하는 전극 접속이 어려워질 수 있는 문제점을 가진다.
또한 종래기술 2의 경우에는 렌즈들을 기판상에 배치 형성하는 과정을 수행하게 되는 것에 의해 역반사막을 구비한 엘이디를 제작을 어렵게 할 수 있는 문제점을 가진다.
또한 종래기술 2의 경우에는 기판상에 배치되는 렌즈들의 볼록면이 서로 반대 방향을 향하게 되어 렌즈 내부에서의 빛의 이동 경로가 길어지게 되므로 렌즈 내부에서 빛의 흡수가 발생할 수 있어 빛의 추출 효율이 더욱 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
본원 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 엘이디의 빛 추출 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 구조의 역반사막을 구비한 엘이디를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명은 또한 플립칩 구조를 가지도록 하여 칩온보드 형태로 보드에 용이하게 장착되도록 하고, 엘이디를 구비한 전체 장치의 두께를 감소시킬 수 있도록 하는 역반사막을 구비한 엘이디를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본원 발명은 또한 빛추출 효율을 향상시키며, 플립칩 형으로 칩온보드 구현이 가능한 역반사막을 구비한 엘이디 제작 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 역반사막을 구비한 엘이디는, 기판층;과, 상기 기판층의 상부에 적층형성되어 외부로 노출되는 상부면에 제 1 전극이 형성된 제 1 반도체층과 발광층과 제 2 반도체층이 순차적으로 적층 형성된 엘이디층;과, 전도성을 가지며 상기 제 2 반도체층의 상부면에 적층 형성되고 상부면에는 제 2 전극이 형성되어 상기 제 2 반도체층으로 전원을 공급하고 상기 발광층에서 발광된 빛을 상기 기판 층으로 반사하는 역반사막전극층;을 포함하여 구성되어, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 이용하여 플립칩 본딩에 의해 칩온보드 형태로 보드에 장착되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 반도체층은, 상부면에 식각에 의해 일정 간격을 가지는 격자상으로 배치되며 상부로 볼록한 다수의 집속볼록렌즈가 형성된 집속볼록렌즈부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 역반사막전극층은, 상기 제 2 반도체층 상부면에 적층 형성되는 전도성의 산화물투명전극층;과, 상기 산화물투명전극층의 상부면에 적층형성되는 전도성의 역반사막금속층;과, 상기 역반사막금속층의 상부면에 적층 형성되고 상부면에는 상기 제 2 전극이 형성되는 전도성의 반사막보호금속층;을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 산화물투명전극층은, 또한, 상기 역반사막금속층과 접하는 상부면에 식각에 의해 일정 간격을 가지는 격자상으로 배치되며 상부로 볼록한 다수의 반사볼록렌즈가 형성된 반사볼록렌즈부;를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 산화물투명전극층의 굴절율은 상기 제 2 반도체층의 굴절율보다 작은 값을 가진다.
상기 산화물투명전극층은, 빛의 흡수율을 낮추기 위하여 200nm 이하이고 상기 집속볼록렌즈들 사이의 간격보다 큰 두께를 가지도록 형성될 수도 있다.
상기 반사볼록렌즈의 반경은 상기 산화물투명전극층의 두께보다 크고, 상기 집속볼록렌즈의 반경은 상기 산화물투명전극층의 두께보다 작고 상기 집속볼록렌즈들 사이의 간격보다는 큰 값을 가지도록 구성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 역반사막을 구비한 엘이디 제작방법은, 기판층의 상부에 순차적으로 제 1 반도체층과 발광층과 제 2 반도체층을 성장시켜 엘이디층을 형성하는 엘이디층형성과정;과, 상기 제 2 반도체층의 상부면에 식각에 의해 격자상으로 배치되는 다수의 집속볼록렌즈를 구비한 집속볼록렌즈부를 형성하는 집속볼록렌즈부형성과정;과, 상기 집속볼록렌즈부가 형성된 상기 제 2 반도체층 상부면에 전도성 산화물투명전극층을 형성하는 산화물투명전극층 형성과정;과, 상기 산화물투명전극층의 상부면에 식각에 의해 격자상으로 배치되는 다수의 반사볼록렌즈를 구비한 반사볼록렌즈부를 형성하는 반사볼록렌즈부형성과정;과, 상기 반사볼록렌즈부가 형성된 상기 산화물투명전극층의 상부면에 전도성 역반사막전극층을 형성하는 역반사막전극층형성과정;과, 상기 역반사막전극층의 상부면에 전도성 반사막보호금속층을 형성하는 반사막보호금속층형성과정;과, 상기 외부로 노출된 상기 제 1 반도체층의 상부면과 상기 반사막보호금속층의 상부면에 각각 제 1 전극과 제 2 전극을 형성하는 전극형성과정;을 포함하여 이루어져 플립칩 구조의 엘이디를 제작할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성의 역반사막을 구비한 엘이디는, 기판층의 상부면에 순차적으로 적층 형성되는 제 1 반도체층과 발광층과 상기 발광층의 상부에 적층 형성되고 상부면에 격자상으로 배치되는 다수의 집속볼록렌즈들을 구비한 집속볼록렌즈부가 형성된 제 2 반도체층으로 이루어지는 엘이디층;과, 상기 제 2 반도체층의 상부면에 적층 형성되며 상부면에는 격자상으로 배치되는 반사볼록렌즈들을 구비한 반사볼록렌즈부가 형성된 전도성 산화물투명전극층과, 상기 산화물투명전극층의 상부에 적층 형성되는 전도성 역반사막금속층을 포함하는 역반사막전극층;과, 상기 역반사막전극층의 상부면에 본딩물질층을 매개로 하여 부착되는 전도성기판을 포함하는 전도성기판층;과, 상기 기판층을 제거한 후 상기 제 1 반도체층의 저면에 형성되는 제 1 전극;을 포함하는 수직형 구조로 형성되어, 상기 제 1 전극과 상기 전도성기판층에 의해 전원을 공급받아 발광을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본원발명의 또 다른 구성의 역반사막을 구비한 엘이디 제작 방법은, 기판층의 상부에 순차적으로 제 1 반도체층과 발광층과 제 2 반도체층을 성장시켜 엘이디층을 형성하는 엘이디층형성과정;과, 상기 제 2 반도체층의 상부면에 식각에 의해 격자상으로 배치되는 다수의 집속볼록렌즈부를 구비한 집속볼록렌즈부를 형성하는 집속볼록렌즈부 형성과정;과, 상기 집속볼록렌즈부가 형성된 상기 제 2 반도체층 상부면에 전도성 산화물투명전극층을 형성하는 산화물투명전극층 형성과정;과, 상기 산화물투명전극층의 상부면에 식각에 의해 격자상으로 배치되는 다수의 반사볼록렌즈를 구비한 반사볼록렌즈부를 형성하는 반사볼록렌즈부 형성과정;과, 상기 반사볼록렌즈부가 형성된 상기 산화물투명전극층의 상부면에 전도성 역반사막전극층을 형성하는 역반사막전극층형성과정;과, 역반사막전극층의 상부면에 본딩물질층을 형성한 후 전도성기판을 부착하는 전도성기판층형성과정;과, 상기 기판층을 제거하는 기판층 제거과정;과, 상기 기판층이 제거된 상기 제 1 반도체층의 저면에 제 1 전극을 형성하는 제 1 전극형성과정;을 포함하여 이루어져 수직형 칩 구조의 엘이디를 제작하는 것을 특징으로 한다.
본원 발명의 역반사막을 구비한 엘이디 제작방법에서, 상기 집속볼록렌즈부 형성과정과 상기 반사볼록렌즈부 형성과정은 리플로우(reflow)법을 적용한 식각을 수행하는 포토리소그래피에 의해 수행될 수 있다.
또한 상기 집속볼록렌즈부 형성 과정과 상기 반사볼록렌즈부 형성 과정은, 상기 반사볼록렌즈의 반경은 상기 산화물투명전극층의 두께보다 크고, 상기 집속볼록렌즈의 반경은 상기 산화물투명전극층의 두께보다 작고 상기 집속볼록렌즈들 사이의 간격보다 크도록 형성하는 과정일 수 있다.
또한 상기 산화물투명전극층은 200nm 이하가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 본원 발명은 집속볼록렌즈부와 반사오목미러부를 구비하는 것에 의해 종래기술 1에 비하여 빛의 추출 효율을 40% 이상 향상시킴으로써 엘이디의 조도를 향상시키며, 이로 인해 동일 조도를 필요로 하는 경우의 전력 소모를 줄일 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한 본원 발명은 집속렌즈와 반사볼록렌즈의 각각의 볼록면이 동일 방향으로 형성되는 것에 의해 산화물투명전극층을 투과하는 빛의 경로가 감소되어 산화물투명전극층에 의한 빛의 흡수를 최소화시키고 이로 인해 빛의 추출 효율을 향상시킬 수 있도록 한다.
또한 본원 발명은 역반사막을 구비한 엘이디를 플립칩 구조로 제작하는 것에 의해 칩온보드 형태로 엘이디의 보드에 장착할 수 있도록 하여 엘이디의 보드 장착 공정을 용이하게 하고, 이로 인해 엘이디를 구비한 제품의 생산성을 향상시키며 제조 비용을 절감시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한 본원 발명은 역반사막을 구비한 화합물반도체형 엘이디의 제작을 순차적으로 수행되는 일괄 공정에 의해 수행할 수 있도록 함으로써 역반사막을 구비한 화합물반도체형 엘이디의 제작을 용이하게 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본원 발명의 일 실시 예에 따르는 역반사막을 구비한 플립칩 구조의 엘이디(100)의 단면도이고,
도 2는 도 1의 플립칩 구조의 엘이디(100)의 제작방법을 나타내는 순서도이며,
도 3은 본원 발명의 다른 실시 예에 따르는 역반사막을 구비한 수직형칩 구조의 엘이디(200)의 단면도이고,
도 4는 도 3의 수직형칩 구조의 엘이디(200)의 제작방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1의 플립칩 구조의 엘이디(100)의 제작방법을 나타내는 순서도이며,
도 3은 본원 발명의 다른 실시 예에 따르는 역반사막을 구비한 수직형칩 구조의 엘이디(200)의 단면도이고,
도 4는 도 3의 수직형칩 구조의 엘이디(200)의 제작방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 본원 발명의 실시예를 나타내는 첨부도면을 참조하여 본원 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본원 발명의 일 실시 예에 따르는 역반사막을 구비한 플립칩(flip chip) 구조의 엘이디(100)의 단면도이다.
도 1과 같이 상기 엘이디(100)는 기판층(10)과, 기판층(10)의 상부면에 증착, 스퍼터링, 화학기상증착법, 에피택시 등의 박막 증착 공정을 적용하여 적층 형성되는 엘이디층(20)과, 역반사막전극층(30)과, 엘이디층(20)의 n형 및 p형 반도체층으로 전원을 공급하는 n측 전극(41)(본원 발명의 '제 1 전극')을 포함하여 구성된다.
상기 기판층(10)은 사파이어 기판(11)과 사파이어 기판(11)의 상부면에 적층 형성된 버퍼층(12)이 적층 형성된다.
상기 엘이디층(20)은 상기 버퍼층(12)의 상부면에 적층 형성되고 일측에 기판의 상부면으로 향하며 상부면이 외부로 노출되는 n측 전극(41)이 형성되는 n형 GaN형 반도체(22)(이하, '제 1 반도체층(22)'이라 함)과, 제 1 반도체층(22)의 상부면에 적층 형성되는 발광층(24)과, 발광층(24)의 상부면에 적층 형성되는 p형 GaN계 반도체층(26)(이하, '제 2 반도체층(26)'이라 함)으로 구성된다.
상기 구조의 엘이디층(20) 중 제 2 반도체층(26)의 상부면에는 구면을 가지며 제 2 반도체층(26)과 일체로 형성되는 다수의 집속볼록렌즈(27a)가 격자상으로 배치되는 집속볼록렌즈부(27)가 리플로우(Reflow)법을 적용하여 식각을 수행하는 포토리소그래피에 의해 형성된다.
상기 역반사막전극층(30)은 산화물투명전극층(32)과 역반사막금속층(34)과 반사막보호금속층(36)들이 반도체 제조 공정에 의해 적층 형성되어 도전성을 가지도록 형성되어 전극으로 기능한다.
상기 산화물투명전극층(32)은 ITO 또는 ZnO(dopped ZnO) 등의 전도성 산화물투명전극층(32)이 제 2 반도체층(26)의 상부면에 적층형성된다. 이 과정에서 산화물투명전극층(32)의 저면은 집속볼록렌즈(27a)들에 의해 집속볼록렌즈(27a)들과 대응하도록 요입되는 다수의 집속오목렌즈(33a)들로 형성된다.
그리고 상기 산화물투명전극층(32)의 상부면에는 산화물투명전극층(32)과 일체로 형성되는 다수의 반사볼록렌즈(33a)가 격자상으로 배치되는 반사볼록렌즈부(33)가 리플로우(Reflow)법을 적용하여 식각을 수행하는 포토리소그래피에 의해 형성된다.
상기 역반사막금속층(34)은 Al, Ag, Pt, Cr 등 반사특성이 우수하고 전기전도도가 우수한 금속을 상기 산화물투명전극층(32)의 상부면에서 성장시켜 형성된다. 이 과정에서 역반사막금속층(34)의 저면은 반사볼록렌즈부(33)의 반사볼록렌즈(33a)들에 대응하도록 요입되는 다수의 반사오목미러(mirror)(34a)들로 형성된다.
상기 역반사막보호금속층(36)은 산화물투명전극층(32)과 역반사막금속층(34) 등의 산화를 방지하며 외부의 전원을 제 2 반도체층(26)으로 공급할 수 있도록 전도성 특성을 가지는 Au 등을 증착, 스퍼터링, 화학기상증착 등의 박막 증착 공정을 적용하여 적층 형성되며, 상부면에는 외부 전원을 공급받기 위한 p측 전극(42)(이하 '제 2 전극(42)'이라 함)이 형성된다.
상술한 바와 같은 구조에서 상기 집속볼록렌즈(27a)의 중심과 상기 반사볼록렌즈(33a)의 중심은 동일 수직선상에 위치된다.
상기 산화물투명전극층(32)의 두께(t, 도 1 참조)는 반사볼록렌즈(33a)의 반경(Rm, 도 1 참조)보다는 작고 집속볼록렌즈(27a)의 반경(Rl, 도 1 참조)보다는 크며, 집속볼록렌즈(27a)의 반경은 집속볼록렌즈(27a)들 사이 간격(d, 도 1 참조)보다 크다.
상기 산화물투명전극층(32)의 굴절률은 제 2 반도체층(26)의 굴절률보다 작은 값을 가지도록 형성된다.
또한 상기 구조의 산화물투명전극층(32)은 진행되는 빛의 흡수를 최소화하기 위하여 200nm 이하의 두께를 가지는 박막으로 형성된다.
또한 상기 제 2 반도체층(22)의 상부면에 형성되는 집속볼록렌즈(27a)들과 산화물투명전극층(32)의 상부면에 형성되는 반사볼록렌즈(33a)들이 동일한 방향으로 볼록하게 형성되는 것에 의해 집속볼록렌즈(27a)에서 반사볼록렌즈(33a) 사이의 두께 증가가 없게 되어 산화물투명전극층(32)의 내부에서 전파되는 빛의 경로가 최소로 되어 산화물투명전극층(32)에 의한 빛의 흡수를 더욱 최소화한다.
또한 산화물투명전극층(32)의 굴절률은 제 2 반도체층(26)의 굴절률보다 작게된다. 이에 의해 제 2 반도체층(26)을 통해 산화물투명전극층(32)으로 입사되는 빛이 입사각보다 큰 각을 이루며 굴절되도록 하여 반사오목미러(34a)로 입사되도록 한다. 반사오목미러(34a)에 의해 반사된 빛은 집속볼록렌즈(27a)를 통해 제 2 반도체층(26)으로 재 입사되는 경우 입사각보다 작은 각을 가지고 입사되도록 굴절되는 것에 의해 엘이디층(20)에서 생성된 빛이 입사 방향과 거의 평행한 방향으로 외부로 방출되도록 하여 빛의 추출 효율을 역반사막전극층(30)이 형성되지 않은 엘이디에 비해 약 40% 이상 향상시키게 된다.
상기 구조의 엘이디(100)에서 역반사막전극층(30)의 산화물투명전극층(32)과 역반사막금속층(34)과 반사막보호금속층(36)들이 모두 전도성 물질로 적층 형성되는 것에 의해 제 2 반도체층(26)으로 전원을 공급하는 전극의 기능을 수행하게 된다.
그리고 상기 제 1 전극(41)과 상기 제 2 전극(42)이 상부면에 노출형성되므로 제 1 전극(41)과 상기 제 2 전극(42)을 플립칩본딩(flip chip bonding)하는 것에 의해 와이어링(wiring)을 수행함이 없이 칩온보드(chip on board) 형태로 보드 상에 장착할 수 있도록 한다.
도 2는 도 1의 플립칩 구조의 엘이디(100)의 제작방법을 나타내는 순서도이며, 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 플립칩 구조의 역반사막을 가지는 엘이디(100)의 제작 과정을 설명한다.
도 2와 같이, 상기 엘이디(100)의 제작을 위해서는 사파이어기판(11)의 상부면에 버퍼층(12)을 성장시켜 버퍼층(12)을 가지는 기판층(10)을 형성하는 기판층형성과정을 수행한다(S10).
기판층(10)이 형성된 후에는 제 1 반도체층(n형 GaN계 반도체층)(22)을 적층 형성하는 제 1 반도체층형성과정(S22)과 발광층(24)을 형성하는 발광층형성과정(S24)과 제 2 반도체층(p형 GaN계 반도체층)(26)을 형성하는 제 2 반도체층형성과정(S26)을 수행하여 제 1 반도체층(22)과 발광층(24)과 제 2 반도체층(26)이 적층된 엘이디층(20)을 형성한다. 이 과정을 엘이디층형성과정(S20)이 된다.
엘이디층(20)을 반복적인 에피택셜 성장에 의해 형성한 후에는 제 2 반도체층(26)의 상부면에 감광제를 도포한 후 집속볼록렌즈(27a)에 대응하는 패턴들을 가지는 마스크를 배치하여 감광 및 현상을 수행하는 것에 의해 집속볼록렌즈들의 배열을 가지는 감광제 층 패턴을 형성한다. 그리고 리플로우법(Reflow)에 의해 패턴으로 형성되는 감광제의 모서리 측 두께를 점차로 감소시킨 후 일정 깊이를 가지도록 식각을 수행한다. 이러한 식각에 의해 격자상으로 배치되고 제 2 반도체층(26)과 일체를 이루는 집속볼록렌즈(27a)들의 배열을 가지는 집속볼록렌즈부(27)가 형성된다(S30: 집속볼록렌즈부형성과정).
집속볼록렌즈(27)부가 형성된 제 2 반도체층(26)의 상부면에 ITO 또는 ZnO(dopped ZnO) 등을 200nm 이하가 되도록 박막 증착 공정에 의해 적층 형성하여 산화물투명전극층(32)을 형성한다(S40; 산화물투명전극층 형성과정).
다시 산화물투명전극층(32)의 상부면에 감광제를 도포한 후 반사오목렌즈(33a)들에 대응하는 패턴들을 가지는 마스크를 배치하여 감광 및 현상을 수행하는 것에 의해 반사볼록렌즈들의 배열을 가지는 감광제 층 패턴을 형성한다. 그리고 리플로우법(Reflow)에 의해 마스크의 모서리 측 두께를 점차로 감소시킨 후 일정 깊이를 가지도록 식각을 수행한다. 이러한 식각에 의해 격자상으로 배치되고 산화물투명전극층(32)과 일체를 이루는 반사볼록렌즈(33a)들의 배열을 가지는 반사볼록렌즈부(33)가 형성된다(S50: 반사볼록렌즈부 형성과정).
산화물투명전극층(32)의 상부면에 반사볼록렌즈부(33)가 형성된 후에는 빛의 반사 및 전도성을 가지는 Al, Ag, Pt, Cr 등의 금속을 증착, 스퍼터링, 화학기상증착, 에피택시 등의 박막 증착 공정에 의해 박막으로 적층 형성하는 것에 의해 역반사막금속층(34)을 형성한다(S60: 역반사막금속층형성과정).
이 후 역반사막금속층(34)이 형성된 후에는 진공증착법에 의해 Au 등의 전도성 금속보호층을 형성하는 것에 의해 반사막보호금속층(36)을 형성한다(S70).
반사막보호금속층(36)이 형성된 후에는 포토리소크래피 법 등에 의해 외부로 노출되는 제 1 반도체층(n형 GaN계 반도체층)(22)의 상부면에 제 1 전극(n측 전극)(41)과 역반사막보호금속층(36)의 상부면에 제 2 전극(P측 전극)(42)을 형성한다(S80: 전극형성과정).
도 3은 본원 발명의 다른 실시 예에 따르는 역반사막을 구비한 수직형칩 구조의 엘이디(200)의 단면도이다.
도 3의 수직형칩구조의 엘이디(200)의 설명에서 제 1 전극(n측 전극)(142)는 도 1의 기판층(10)을 제거한 후 플립구조의 엘이디(100)를 뒤집어서 상방향을 저면방향으로 한 후 형성된 것으로서 상기 제 1 전극(142) 방향을 하방향(또는 저면 방향)으로 하고, 전도성 기판층(150)의 방향을 상방향으로 하여 설명한다.
도 3과 같이 상기 수직형집구조의 엘이디(200)는 엘이디층(120), 역반사막전극층(130), 전도성기판층(150)을 포함하여 구성된다.
상기 엘이디층(120)은 도 1의 버퍼층(10)이 형성된 사파이어기판(11)을 포함하는 기판층(10)의 상부면에 엘이디층(20)과 동일한 방식으로 적층되는 제 1 반도체층(n형 GaN계 반도체층)(122)과 발광층(124)과 상부면에 발광층(124)에서 방출되는 빛을 반사오목미러(134a)로 집속하기 위해 제 2 반도체층(126)과 일체로 형성되며 격자상으로 배치되는 다수의 집속볼록렌즈(127a)들을 포함하는 집속볼록렌즈부(127)가 형성된 제 2 반도체층(p형 GaN계 반도체층)(126)과, 역반사막전극층(130)과 전도성기판층(150)이 형성된 후 기판층(10, 도 1 참조)을 제거한 상태에서 제 1 반도체층(n형 GaN계 반도체층)(122)의 저면에 형성하는 제 1 전극(n측 전극)(142)을 포함하여 구성된다.
상기 산화물투명전극층(132)은 ITO 또는 ZnO(dopped ZnO) 등의 투명 산화물 전도물질이 제 2 반도체층(126)의 상부면에 적층형성된다. 산화물투명전극층(132)의 저면은 집속볼록렌즈(127a)들에 의해 집속볼록렌즈(27a)들과 대응하도록 요입되는 다수의 집속오목렌즈(133a)들이 형성된다.
그리고 상기 산화물투명전극층(132)의 상부면에는 산화물투명전극층(132)과 일체로 형성되는 다수의 반사볼록렌즈(133a)가 격자상으로 배치되는 반사볼록렌즈부(133)가 형성된다.
상기 역반사막금속층(134)은 Al, Ag, Pt, Cr 등 반사특성이 우수하고 전기전도도가 우수한 금속을 상기 산화물투명전극층(132)의 상부면에서 성장시켜 형성된다. 역반사막금속층(134)의 저면은 반사볼록렌즈부(133)의 반사볼록렌즈(133a)들에 대응하도록 요입되는 다수의 반사오목미러(mirror)(134a)들로 형성된다.
이 후 도 1의 기판층(10)을 제거한 후 뒤집어서 제 1 반도체층(122)의 저면에 제 1 전극(142)을 박막증착 및 포토리소그래피를 이용하여 형성한다.
상기 전도성기판층(150)은 본딩물질층(157)을 매개로 하여 역반사막금속층(134)의 상부면에 부착 구성된다.
상기 엘이디(200)의 구조에서 산화물투명전극층(132)과 격자상으로 배치되는 집속볼록렌즈(127a)를 포함하는 집속볼록렌즈부(127)와 격자상으로 배치되는 반사볼록렌즈(133a)들을 포함하는 반사볼록렌즈부(133)와, 역반사막금속층(134)은 각각 상기 도 1의 엘이디(100)의 산화물투명전측층(32)과 격자상을 배치되는 집속볼록렌즈(27a)를 포함하는 집속렌즈부(27)와 격자상으로 배치되는 반사볼록렌즈(33a)를 포함하는 반사볼록렌즈부(33)와 역반사막금속층(34)들과 동일한 특성 및 구조를 가진다.
도 4는 도 3의 수직형칩 구조의 엘이디(200)의 제작방법을 나타내는 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 상기 수직형칩 구조의 엘이디(200)는 도 2의 플립칩 구조의 엘이디(100)의 제작과정에서와 같이, 기판층형성과정(S10), 엘이디층형성과정(S20), 볼록렌즈부형성과정(S30), 산화물투명전극층 형성과정(S40), 반사볼록렌즈부 형성과정(S50), 역반사막금속층형성과정(S60)을 수행하는 것에 의해 제 1 전극(142)을 구비하지 않은 기판층(10, 도 1 참조)과, 엘이디층(120)과, 역반사막전극층(130)이 형성된다.
역반사막전극층(130)이 형성된 후에는 역반사막전극층(130)의 상부면에 본딩물질층(151)을 매개로 하여 전도성기판(152)를 부착하는 것에 의해 전도성기판층(150)을 형성한다(S110: 전도성기판층형성과정).
전도성기판(152)이 부착된 후에는 레이저를 이용한 리프트 오프(lift-off) 방식을 수행하여 기판층(10, 도 1 참조)을 제거한다(S120: 기판층제거과정).
기판층(10, 도 1 참조)이 제거된 후에는 엘이디(200)를 뒤집어서 외부로 노출된 제 1 반도체층(122)의 저면에 박막 증착 공정과 포토리소그래피를 이용하여 제 1 전극(142)을 형성하는 것에 의해 엘이디층(120)의 형성을 완료한다(S130: 제 1 전극 형성과정).
이에 의해 제 1 전극(142)과 전도성기판층(150)에 의해 전원이 공급될 수 있도록 구성되는 수직형칩 구조의 엘이디(200)가 제작된다.
100, 200: 엘이디
10: 기판층, 11: 사파이어기판, 12: 버퍼층
20, 120: 엘이디층, 22, 122: 제 1 반도체층, 24, 124: 발광층
26, 126: 제 2 반도체층, 27a, 127a: 집속볼록렌즈, 27, 127: 집속볼록렌즈부
30, 130: 역반사막전극층, 32, 132: 산화물투명전극층, 33a, 133a: 반사볼록렌즈, 33, 133: 반사볼록렌즈부, 34, 134: 역반사막금속층, 34a, 134a: 반사오목미러
150: 전도성기판층, 151: 본딩물질층, 152: 전도성기판
10: 기판층, 11: 사파이어기판, 12: 버퍼층
20, 120: 엘이디층, 22, 122: 제 1 반도체층, 24, 124: 발광층
26, 126: 제 2 반도체층, 27a, 127a: 집속볼록렌즈, 27, 127: 집속볼록렌즈부
30, 130: 역반사막전극층, 32, 132: 산화물투명전극층, 33a, 133a: 반사볼록렌즈, 33, 133: 반사볼록렌즈부, 34, 134: 역반사막금속층, 34a, 134a: 반사오목미러
150: 전도성기판층, 151: 본딩물질층, 152: 전도성기판
Claims (13)
- 기판층;과,
상기 기판층의 상부면에 적층되고 외부로 노출되는 상부면에 제 1 전극이 형성된 제 1 반도체층과 발광층과 제 2 반도체층이 순차적으로 적층형성된 엘이디층;과,
전도성을 가지며 상기 제 2 반도체층의 상부면에 적층 형성되고 상부면에는 제 2 전극이 형성되어 상기 제 2 반도체층으로 전원을 공급하고 상기 발광층에서 발광된 빛을 상기 기판 층으로 반사하는 역반사막전극층;을 포함하고,
상기 제 2 반도체층은,
상부면에 일정 간격을 가지는 격자상으로 배치되는 다수의 집속볼록렌즈가 형성된 집속볼록렌즈부를 구비하고,
상기 역반사막전극층은,
상기 제 2 반도체층 상부면에 적층 형성되는 전도성의 산화물투명전극층;과,
상기 산화물투명전극층의 상부면에 적층형성되는 전도성의 역반사막금속층;과,
상기 역반사막금속층의 상부면에 적층 형성되고 상부면에는 상기 제 2 전극이 형성되는 전도성의 반사막보호금속층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 역반사막을 구비한 엘이디.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1항에 있어서, 상기 산화물투명전극층은,
상기 역반사막금속층과 접하는 상부면에 식각에 의해 일정 간격을 가지는 격자상으로 배치되는 다수의 반사볼록렌즈가 형성된 반사볼록렌즈부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 역반사막을 구비한 엘이디.
- 청구항 1항에 있어서,
상기 산화물투명전극층의 굴절율은 상기 제 2 반도체층의 굴절율보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 하는 역반사막을 구비한 엘이디.
- 청구항 4항에 있어서,
상기 반사볼록렌즈의 반경은 상기 산화물투명전극층의 두께보다 크고,
상기 집속볼록렌즈의 반경은 상기 산화물투명전극층의 두께보다 작고 상기 집속볼록렌즈들 사이의 간격보다 크도록 형성되는 것을 특징으로 하는 역반사막을 구비한 엘이디.
- 청구항 6항에 있어서, 상기 산화물투명전극층은,
빛의 흡수율을 낮추기 위하여 200nm 이하이고, 상기 집속볼록렌즈들 사이의 간격보다 큰 두께를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 역반사막을 구비한 엘이디.
- 기판층의 상부에 순차적으로 제 1 반도체층과 발광층과 제 2 반도체층을 성장시켜 엘이디층을 형성하는 엘이디층형성과정;과,
상기 제 2 반도체층의 상부면을 식각하여 격자상으로 배치되는 다수의 집속볼록렌즈부를 구비한 집속볼록렌즈부를 형성하는 집속볼록렌즈부형성과정;과,
상기 집속볼록렌즈부가 형성된 상기 제 2 반도체층 상부면에 전도성 산화물투명전극층을 형성하는 산화물투명전극층 형성과정;과,
상기 산화물투명전극층의 상부면을 식각하여 격자상으로 배치되는 다수의 반사볼록렌즈를 구비한 반사볼록렌즈부를 형성하는 반사볼록렌즈부형성과정;과,
상기 반사볼록렌즈부가 형성된 상기 산화물투명전극층의 상부면에 전도성 역반사막전극층을 형성하는 역반사막전극층형성과정;과,
상기 역반사막전극층의 상부면에 전도성 반사막보호금속층을 형성하는 반사막보호금속층형성과정;과,
상기 외부로 노출된 상기 제 1 반도체층의 상부면과 상기 반사막보호금속층의 상부면에 각각 제 1 전극과 제 2 전극을 형성하는 전극형성과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 역반사막을 구비한 엘이디 제작 방법.
- 청구항 8항에 있어서, 상기 집속볼록렌즈부 형성과정과 상기 반사볼록렌즈부 형성과정은,
리플로우(reflow)법을 적용한 식각을 수행하는 포토리소그래피에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 역반사막을 구비한 엘이디 제작 방법.
- 청구항 8항에 있어서, 상기 집속볼록렌즈부 형성 과정과 상기 반사볼록렌즈부 형성 과정은,
상기 반사볼록렌즈의 반경은 상기 산화물투명전극층의 두께보다 크고,
상기 집속볼록렌즈의 반경은 상기 산화물투명전극층의 두께보다 작고 상기 집속볼록렌즈들 사이의 간격보다 크도록 형성하는 과정인 것을 특징으로 하는 역반사막을 구비한 엘이디 제작 방법.
- 청구항 10항에 있어서, 상기 산화물투명전극층은,
200nm 이하인 것을 특징으로 하는 역반사막을 구비한 엘이디 제작방법.
- 기판층의 상부면에 순차적으로 적층 형성되는 제 1 반도체층과 발광층과 상기 발광층의 상부에 적층 형성되고 상부면에 격자상으로 배치되는 다수의 집속볼록렌즈들을 구비한 집속볼록렌즈부가 형성된 제 2 반도체층으로 이루어지는 엘이디층;과,
상기 제 2 반도체층의 상부면에 적층 형성되며 상부면에는 격자상으로 배치되는 반사볼록렌즈들을 구비한 반사볼록렌즈부가 형성된 전도성 산화물투명전극층과, 상기 산화물투명전극층의 상부에 적층 형성되는 전도성 역반사막금속층을 포함하는 역반사막전극층;과,
상기 전도성 역반사막전극층의 상부면에 본딩물질층을 매개로 하여 부착되는 전도성기판을 포함하는 전도성기판층;과,
상기 기판층을 제거한 후 상기 제 1 반도체층의 저면에 형성되는 제 1 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 역반사막을 구비한 엘이디.
- 기판층의 상부에 순차적으로 제 1 반도체층과 발광층과 제 2 반도체층을 성장시켜 엘이디층을 형성하는 엘이디층형성과정;과,
상기 제 2 반도체층의 상부면에 식각에 의해 격자상으로 배치되는 다수의 집속볼록렌즈부를 구비한 집속볼록렌즈부를 형성하는 집속볼록렌즈부 형성과정;과,
상기 집속볼록렌즈부가 형성된 상기 제 2 반도체층 상부면에 전도성 산화물투명전극층을 형성하는 산화물투명전극층 형성과정;과,
상기 산화물투명전극층의 상부면에 식각에 의해 격자상으로 배치되는 다수의 반사볼록렌즈를 구비한 반사볼록렌즈부를 형성하는 반사볼록렌즈부 형성과정;과,
상기 반사볼록렌즈부가 형성된 상기 산화물투명전극층의 상부면에 전도성 역반사막전극층을 형성하는 역반사막전극층형성과정;과,
역반사막전극층의 상부면에 본딩물질층을 형성한 후 전도성기판을 부착하는 전도성기판층형성과정;과,
상기 기판층을 제거하는 기판층 제거과정;과,
상기 기판층이 제거된 상기 제 1 반도체층의 저면에 제 1 전극을 형성하는 제 1 전극형성과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 역반사막을 구비한 엘이디 제작 방법.
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Cited By (2)
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