KR100830605B1

KR100830605B1 - 광 검출기를 구비한 광소자

Info

Publication number: KR100830605B1
Application number: KR20050021287A
Authority: KR
Inventors: 유태경; 김창태; 최민호
Original assignee: 주식회사 에피밸리
Priority date: 2005-02-05
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2008-05-21
Also published as: KR20060089594A

Abstract

본 발명은 빛을 발광하는 활성층을 포함하는 발광소자 그리고, 활성층에서 발광된 빛을 검출하는 광 검출기를 포함하며, 광 검출기는 발광소자에 역방향으로 연결된 제너 다이오드를 형성하는 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 검출기를 구비한 광소자를 제공하며, 이에 의해 역방향 정전기로부터 발광소자를 보호할 수 있다.

발광소자, LED, 발광 다이오드, 포토 다이오드, 공핍층, 정전기

Description

광 검출기를 구비한 광소자{OPTICAL DEVICE WITH PHOTO DETECTOR}

도 1 및 도 2는 관련 기술인 특허출원 제2004-59007호를 설명하는 도면,

도 3은 본 발명의 실시예를 나타내는 도면,

도 4는 도 3의 실시예에 따른 광소자의 전기적 연결을 개념적으로 나타내는 도면,

도 5는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도면,

도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 광소자의 전기적 연결을 개념적으로 나타내는 도면,

도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 광소자를 설명하는 도면,

도 8은 도 7의 격자 형태의 금속박막을 나타내는 도면.

본 발명은 광 검출기를 구비한 광소자에 관한 것으로, 특히 역방향 정전기로부터 발광소자를 보호하기 위하여 광 검출기에 제너 다이오드를 형성하는 반도체층을 구비한 광소자에 관한 것이다.

본원인의 한국특허출원 제2004-59007호에는 LED(Light Emitting Diode; 발광 다이오드), LD(Laser Diode)와 같은 발광소자의 광출력을 일정하게 유지할 수 있도록 그 광출력을 검출할 수 있는 광 검출기 또는 포토 다이오드를 구비한 광소자가 제시되어 있으며, 도 1은 광 검출기(110)를 구비한 광소자(1000)를 나타내는 도면으로서, 광 검출기(110)의 기판(111)은 바람직하게는 실리콘 반도체로 구성되며, 기판(111)은 전체적으로 p형 반도체 층(111)으로 구성되고 이온 주입 또는 확산 방법에 의해서 일정 부분에 n형 반도체 층(112)을 구성하여 p-n 다이오드를 형성한다.

p-n 다이오드에 전압을 가하지 않거나 역방향 전압을 가하면 p-n 다이오드 접합면에 공핍층(113)이 형성되고 외부의 광(140)이 공핍층(113)으로 입사되면 전자-정공이 형성되면서 광전류가 발생한다. 광전류는 입사하는 광출력에 따라서 변하게 되어 p-n 다이오드 상측에 배치된 LED(130)에서 방출되는 광의 세기를 검출할 수 있다.

p-n 접합이 형성된 기판(111)에 외부 전극 연결을 위한 금속패드(151,152,153)가 형성되며, 금속패드(151,152,153)에 본딩 와이어(191,192,193)가 연결된다. p형 반도체 층(111) 위의 금속패드(151)와 LED(130)의 n형 화합물 반도체 층(171) 사이에 n형 전극(161)이 형성되고, n형 반도체 층(112) 위의 금속패드(152)와 LED(130)의 p형 화합물 반도체 층(172) 사이에 p형 전극(162)이 형성된다. LED(130)의 n형 전극(161)과의 절연을 위해서 p형 반도체 층(111)의 표면에 절연막(181)을 형성하고, LED(130)의 n형 전극(161)으로부터 위쪽으로의 전기적 연결을 위해서 금속패드(152)를 형성하여 있다.

도 1의 경우에 금속패드(151,152,153)가 형성된 실리콘 기판(111) 상에 LED(130)를 뒤집어 붙인 모양을 보이고 있으며, 반도체 칩을 뒤집어서 붙이는 방법을 flip chip 기술이라 하고, 이는 잘 알려진 기술이다.

LED(130)는 p형 전극(162)과 n형 전극(161)을 구비하고 있으며 p형 전극(162)에 (+) 전원(도시 생략)을 가하면 LED(130)의 활성층(173)이 전자와 정공의 재결합을 통해 광을 방출한다. LED(130)의 p형 전극(162)을 금속패드(152)를 통해 실리콘 p-n 다이오드(110)의 n형 반도체 층(112)과 연결하고, LED(130)의 n형 전극(161)을 실리콘 기판(111)의 절연막(181) 위에 형성된 금속패드(151)에 연결한 후, 금속패드(151,152,153) 각각에 본딩 와이어(191,192,193)를 연결한다. 이러한 전기적 연결에 의해 도 2와 같이 광 검출기 또는 실리콘 p-n 다이오드(110)와 LED(130)를 본딩 와이어(191,192,193)를 통해 외부와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

LED(130)의 활성층(173)에서 방출된 광은 청색 또는 녹색 LED의 경우 투명성 기판(예, 사파이어)을 통해서 상측으로 방출되며 일부의 광(140)은 하측으로 방출된다. 하부로 방출된 광(140)은 실리콘 p-n 다이오드(110)의 공핍층(113)으로 흡수되어 광출력의 세기에 따라 p-n 다이오드의 광전류가 변하게 된다.

이러한 광소자를 구현함에 있어서, 역방향 정전기로부터 발광소자를 보호해야 필요가 있으며, 특히 AlGaInN 기반의 청색, 녹색 LED는 역방향 정전기에 아주 약한 것으로 알려져 있어, 그 보호의 필요성이 크다 하겠다.

본 발명은 빛을 발광하는 활성층을 포함하는 발광소자와 활성층에서 발광된 빛을 검출하는 광 검출기를 구비한 광소자에 있어서, 역방향 정전기로부터 발광소자를 보호하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 빛을 발광하는 활성층을 포함하는 발광소자와 활성층에서 발광된 빛을 검출하는 광 검출기를 구비한 광소자에 있어서, 발광소자의 발광효율을 보다 향상시키는 것을 목적으로 한다.

이하, 도면을 참고로 하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예를 나타내는 도면으로서, 본 발명의 광소자(1)는 발광소자, 예를 들어 LED(30)와 이 LED(30)의 활성층(33)에서 전자와 정공의 재결합에 의해 생성되는 빛을 공핍층(13)을 통해 검출하는 광 검출기(10)를 포함한다.

광 검출기(10)는 p형 실리콘 반도체층으로 된 기판(11)과 이온 주입 또는 확산 방법에 의해 기판(11)의 일부에 형성되는 n형 실리콘 반도체층(12), 그리고 p형 실리콘 반도체층으로 된 기판(11)과 n형 실리콘 반도체층(12) 사이에 형성되는 공핍층(13)을 포함한다.

도 4는 도 3의 실시예에 따른 광소자의 전기적 연결을 개념적으로 나타내는 도면으로서, 광 검출기능에 더하여 LED(30)에 역방향으로 병렬연결된 제너 다이오드(40)가 추가된 광 검출기(10)가 LED(30)에 전기적으로 연결되어 있으며, 이러한 구성을 위해 광 검출기(10)는 기판(11)의 일부에 제너 다이오드용 n형 실리콘 반도체층(14)을 포함하며, 제너 다이오드용 n형 실리콘 반도체층(14)은 LED(30)의 p측 전극(62)과 금속패드(52)를 통해 전기적으로 연결되어 있으며, 금속패드(52)는 본 딩 와이어(92)를 통해 외부와 전기적으로 연결될 수 있고, LED(30)의 n측 전극(61)은 금속패드(51)를 통해 p형 실리콘 반도체층으로 된 기판(11)과 전기적으로 연결되어 있으며, 금속패드(51)는 본딩 와이어(91)를 통해 외부와 전기적으로 연결될 수 있고, 광 검출기(10)의 n형 실리콘 반도체층(12)에는 금속패드(53)가 놓여 있으며, 금속패드(53)는 본딩 와이어(93)를 통해 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.

도 4에서와 같이, 본 발명은 LED(30)에 역방향으로 병렬연결된 제너 다이오드(40)를 구비함으로써, LED(30)에 역방향의 정전기가 인가될 때에도 제너 다이오드(40)를 통해 LED(30)를 안전하게 보호할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 도 5의 광소자(2)는 도 3과 달리 LED(30)의 기판(31)이 아래에 위치해 있으며, 솔더링 부재(70)를 통해 광 검출기(10)에 결합되어 있다. 기판(31)은 주로 사파이어 기판이 사용되며, 사파이어 기판(31)은 절연체이므로, 사파이어 기판(31)이 사용되는 경우에 광 검출기(10)와의 사이에 절연을 위한 별도의 구성은 없어도 좋다.

LED(30)에는 본딩 와이어(91a,92a)가 구비되어 있으며, 광 검출기(10)에는 금속패드(51,52,53) 및 본딩 와이어(91b,92b,93)가 구비되어 있고, 도 4에 도시된 것과 같은 전기적 연결을 이루기 위해, 본딩 와이어(91a)와 본딩 와이어(91b)가 연결되어 있고, 본딩 와이어(92a)와 본딩 와이어(92b)가 연결되어 있다.

도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 광소자의 전기적 연결을 개념적으로 나타내는 도면으로서, 이러한 전기적 연결은 도 5의 광 검출기(10)의 기판(31)을 n형 실리콘 반도체층으로 형성하고, n형이었던 실리콘 반도체층(12)과 제너 다이너 용 실리콘 반도체층(14)을 p형으로 구성한 다음, 본딩 와이어(91a)와 본딩 와이어(92b)를 연결시키고, 본딩 와이어(91b)와 본딩 와이어(92a)를 연결시킴으로써 가능해진다.

도 7은 본 발명의 또다른 실시예를 따른 광소자를 설명하는 도면으로서, LED(30)의 발열에 따른 특성변화를 최소화하고 방출되는 광의 양을 늘리기 위해 LED(30)의 기판(31)에 도 8에 도시된 것과 같은 격자 형태의 금속박막(50)이 증착되어 있다. 금속박막(50)은 LED(30)로부터 발생되는 열을 하부로 전달할 뿐만 아니라 LED(30)에서 생성되는 광을 위쪽으로 반사하여 방출되는 광의 양을 증가시킨다. 한편, 금속박막(50)에 의해 모든 광이 반사되면 광 검출기(10)에서 광을 검출할 수 없기 때문에 도 8에서와 같이 금속박막(50)을 격자 형태로 형성하여 격자 사이로 광이 방출되게 하여 광량의 변화를 검출할 수 있다. 이러한 금속박막(50)이 제너 다이오드가 구비되지 않은 도 1의 광소자에도 적용될 수 있음은 물론이다.

본 발명은 포토 다이오드와 제너 다이오드가 일체화된 서브-마운트에, 졍션 업(junction-up)이나 플립칩으로 LED와 같은 발광소자를 본딩하여, 발생하는 광량을 포토 다이오드로 측정하고 역방향의 정전기는 제너 다이오드로 보호하여 광량 유지와 역방향 정전기력에서 영향을 받지않아 안정적인 광을 방출한다.

또한 본 발명은 LED와 같은 발광소자를 졍션업으로 조립시에 하단에 금속박막을 격자 형태로 증착하여 발생하는 열을 효율적으로 방출하고, 상단으로 방출되는 총광량을 증가시키며, 격자 사이로 방출되는 광으로 포토 다이오드의 광 검출 문제를 해결한다.

Claims

빛을 발광하는 활성층을 포함하는 발광소자; 그리고,

상기 활성층에서 발생된 빛을 검출하는 광 검출기;로서, 발광소자에 역방향으로 연결되며 제너 다이오드인 p-n 접합 다이오드를 형성하는 반도체층을 포함하는 광 검출기;를,

포함하는 것을 특징으로 하는 광 검출기를 구비한 광소자.
제 1 항에 있어서, 광 검출기는 활성층에서 발광된 빛을 검출하는 공핍층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 검출기를 구비한 광소자.
제 1 항에 있어서, 광 검출기는 p형 실리콘 반도체층으로 된 기판, 기판의 일부에 형성된 n형 실리콘 반도체층, 이들 사이에 형성되는 공핍층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 검출기를 구비한 광소자.
제 1 항에 있어서, 광 검출기는 n형 실리콘 반도체층으로 된 기판, 기판의 일부에 형성된 p형 실리콘 반도체층, 이들 사이에 형성되는 공핍층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 검출기를 구비한 광소자.
제 1 항에 있어서, 발광소자는 LED(발광 다이오드)인 것을 특징으로 하는 광 검출기를 구비한 광소자.
제 1 항에 있어서, 발광소자는 기판을 더 포함하며, 기판에는 격자 형태의 금속박막이 증착되어 있는 것을 특징으로 하는 광 검출기를 구비한 광소자.