KR101428719B1 - 발광 소자 및 발광 장치의 제조 방법, 상기 방법을이용하여 제조한 발광 소자 및 발광 장치 - Google Patents

발광 소자 및 발광 장치의 제조 방법, 상기 방법을이용하여 제조한 발광 소자 및 발광 장치 Download PDF

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Abstract

발광 소자 및 발광 장치의 제조 방법, 상기 방법을 이용하여 제조한 발광 소자 및 발광 장치가 제공된다. 상기 발광 소자는 적어도 하나의 제1 기판 각각에, 제1 도전형의 제1 도전층, 발광층, 제2 도전형의 제2 도전층을 순차적으로 형성하고, 제2 도전층 상에 오믹층을 형성하고, 제2 기판 상에 적어도 하나의 제1 기판을 본딩하되, 제2 기판은 제1 기판보다 크고, 오믹층, 제2 도전층, 발광층, 제1 도전층을 순차적으로 일부 식각하여, 제1 도전층의 일부가 노출되도록 하는 것을 포함한다.
발광 소자, 발광 장치, 기판 본딩

Description

발광 소자 및 발광 장치의 제조 방법, 상기 방법을 이용하여 제조한 발광 소자 및 발광 장치{Fabricating method of light emitting element and device, fabricated light emitting element and device using the same}
본 발명은 발광 소자 및 발광 장치의 제조 방법, 상기 방법을 이용하여 제조한 발광 소자 및 발광 장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode), LD(Laser Diode)와 같은 발광 소자를 제조하는 데에는, 예를 들어, 6인치 미만의 소형 기판을 사용한다. 발광 소자를 제조할 때 사용되는 기판을, 예를 들어, 6인치 이상으로 만들기 어렵기 때문이다.
소형 기판을 사용하면 스루풋(throughput)이 떨어지기 때문에, 발광 소자의 제품 단가를 떨어뜨리기 어렵다. 뿐만 아니라, 제조 공정은 기판의 크기에 적합한 설비를 이용하여야 하기 때문에, 발광 소자를 제조할 때는 6인치 이하의 소형 기판에 적합한 설비를 이용해야 한다. 따라서, 소형 기판에 적합한 설비를 개발해야 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 스루풋이 향상된 발광 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기 발광 소자의 제조 방법을 이용한 발광 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 상기 발광 소자의 제조 방법을 이용하여 제조한 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 상기 발광 소자를 이용하여 제조한 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 발광 소자의 제조 방법의 일 태양은 적어도 하나의 제1 기판 각각에, 제1 도전형의 제1 도전층, 발광층, 제2 도전형의 제2 도전층을 순차적으로 형성하고, 제2 도전층 상에 오믹층을 형성하고, 제2 기판 상에 적어도 하나의 제1 기판을 본딩하되, 제2 기판은 제1 기판보다 크고, 오믹층, 제2 도전층, 발광층, 제1 도전층을 순차적으로 일부 식각하여, 제1 도전층의 일부가 노출되도록 하는 것을 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 발광 소자의 제조 방법의 다른 태양은 적어도 하나의 절연 기판을 제1 온도로 제1 어닐링하고, 도전 기판 상에 적어도 하나의 절연 기판을 본딩하되, 도전 기판은 절연 기판보다 크고, 본딩된 절연 기판 및 도전성 기판을 제2 온도로 제2 어닐링하되, 제2 온도는 제1 온도보다 낮다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 발광 소자의 제조 방법의 또 다른 태양은 적어도 하나의 사파이어 기판 각각에, n형의 제1 GaN층, 발광층, p형의 제2 GaN층을 순차적으로 형성하고, 사파이어 기판 각각을 제1 어닐링하고, 제2 GaN층 상에 오믹층을 형성하고, 사파이어 기판 각각을 제2 어닐링하고, 실리콘 기판 상에 적어도 하나의 사파이어 기판을 본딩하되, 실리콘 기판은 사파이어 기판보다 크고, 오믹층, 제2 GaN층, 발광층, 제1 GaN층을 순차적으로 일부 식각하여, 제1 GaN층의 일부가 노출되도록 하고, 노출된 제1 GaN층 상에 오믹층을 형성하고 본딩된 사파이어 기판 및 실리콘 기판을 제3 어닐링한 후, 제1 전극과 제2 전극을 형성하는 것을 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 발광 장치의 제조 방법의 일 태양은, 전술한 발광 소자의 제조 방법들을 이용한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 발광 소자의 일 태양은 기판, 기판 상에 형성된 제1 도전형의 제1 도전 패턴, 제1 도전 패턴 상에 형성된 발광 패턴, 발광 패턴 상에 형성된 제2 도전형의 제2 도전 패턴, 및 제2 도전 패턴 상에 형성된 오믹 패턴을 포함하되, 제1 도전 패턴의 폭은 발광 패턴의 폭보다 크고, 제2 도전 패턴의 외측면과 오믹 패턴의 외측면은 서로 얼라인되어 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 발광 장치의 일 태양은, 전술한 발광 소자를 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 또는 섹션들을 서술하기 위해서 이용되나, 이들 소자, 구성요소 또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 이용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 이용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 이용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 그리고, "A 또는 B"는 A, B, A 및 B를 의미한다. 또, 이하 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 이용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 이용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 이용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면이다. 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 도면들이다.
우선, 도 1을 참조하면, 제1 기판(100) 상에 제1 도전층(112a), 발광층(114a), 제2 도전층(116a)을 순차적으로 형성한다.
제1 도전층(112a), 발광층(114a), 제2 도전층(116a)는 InxAlyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1) (즉, GaN을 포함하는 다양한 물질)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 도전층(112a), 발광층(114a), 제2 도전층(116a)은 예를 들어, AlGaN일 수도 있고, InGaN일 수도 있다.
이러한 제1 도전층(112a), 발광층(114a), 제2 도전층(116a)은 제1 기판(100) 상에 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition), 액상성장법(liquid phase epitaxy), 수소액상성장법(hydride vapor phase epitaxy), 분자빔 성장법(Molecular beam epitaxy), MOVPE(metal organic vapor phase epitaxy) 등을 이용하여 순차적으로 형성할 수 있다.
각 층에 대해서 구체적으로 설명하면, 제1 도전층(112a)은 제1 도전형(예를 들어, n형)이고, 제2 도전층(116a)은 제2 도전형(예를 들어, p형)일 수 있으나, 설계 방식에 따라서 제1 도전층(112a)이 제2 도전형(p형)이고, 제2 도전층(116a)이 제1 도전형(n형)일 수 있다.
발광층(114a)은 제1 도전층(112a)의 캐리어(예를 들어, 전자)와 제2 도전층(116a)의 캐리어(예를 들어, 홀)가 결합하면서 광을 발생하는 영역이다. 발광층(114a)은 도면으로 정확하게 도시하지는 않았으나, 우물층과 장벽층으로 이루어질 수 있는데, 우물층은 장벽층보다 밴드갭이 작기 때문에, 우물층에 캐리어(전자, 홀)가 모여 결합하게 된다. 이러한 발광층(114a)은 우물층의 개수에 따라 단일 양자 우물(Single Quantum Well; SQW) 구조, 다중 양자 우물(Multiple Quantum Well; MQW) 구조로 구분할 수 있다. 단일 양자 우물 구조는 하나의 우물층을 포함하고, 다중 양자 우물 구조는 다층의 우물층을 포함한다. 발광 특성을 조절하기 위해서, 우물층, 장벽층 중 적어도 어느 한 곳에, B, P, Si, Mg, Zn, Se 중 적어도 하나를 도핑할 수 있다.
제1 기판(100)은 전술한 제1 도전층(112a), 발광층(114a), 제2 도전층(116a)을 성장시킬 수 있는 재질이면 어떤 것이든 가능하다. 예를 들어, 제1 기판(100)은 사파이어(Al2O3), 징크 옥사이드(ZnO) 등의 절연성 기판일 수도 있고, 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 등의 도전성 기판일 수 있다. 이하에서는 제1 기판(100)이 사파이어 기판인 경우를 예로 들어 설명한다.
또한, 도면으로 자세히 도시하지는 않았으나, 제1 기판(100)과 제1 도전층(112a) 사이에는 버퍼층이 형성되어 있을 수도 있다. 버퍼층은 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1)로 이루어질 수 있다. 이러한 버퍼층은 제1 도전층(112a), 발광층(114a), 제2 도전층(116a)의 결정성을 향상시키기 위해 형성한다.
또한, 기판(100) 상에 제1 도전층(112a), 발광층(114a) 및 제2 도전층(116a)이 형성되어 있는 베이스 기판을 구입하여 사용하는 것도 가능하다.
도 2를 참조하면, 제2 도전층(116a)을 활성화시키기 위해, 제1 도전층(112a), 발광층(114a), 제2 도전층(116a)이 형성된 제1 기판(100)을 제1 어닐 링(181)을 할 수 있다. 예를 들어, 제1 어닐링(181)의 공정 온도는 약 400℃ 정도일 수 있다. 구체적으로, 제2 도전층(116a)이 예를 들어, Mg가 도핑되어 있는 InxAlyGa(1-x-y)N 이라면, 제1 어닐링(181)을 통해서 Mg와 결합되어 있는 H를 떨어뜨릴 수 있다. 이를 통해서, 제2 도전층(116a)이 p형 특성을 확실히 나타낼 수 있도록 한다.
도 3을 참조하면, 제2 도전층(116a) 상에 오믹층(130a)을 형성한다. 예를 들어, 오믹층(130a)은 ITO(Indium Tin Oxide), 징크(Zn), 징크 옥사이드(ZnO), 은(Ag), 주석(Ti), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), 인듐 옥사이드(In2O3), 틴 옥사이드(SnO2), 구리(Cu), 텅스텐(W), 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이어서, 오믹층(130a)을 활성화시키기 위해서, 오믹층(130a)이 형성된 제1 기판(100)을 제2 어닐링(182)할 수 있다. 예를 들어, 약 400℃ 정도에서 어닐링을 할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제2 기판(190) 상에, 적어도 하나의 제1 기판(100)을 본딩한다.
구체적으로, 제2 기판(190)은 제1 기판(100)보다 크다. 즉, 제2 기판(190)과 제1 기판(100)을 겹쳐 두었을 때, 앞에 있는 제2 기판(190)에 가려서 제1 기판(100)이 보이지 않는 것을 의미한다. 예를 들어, 제2 기판(190)와 제1 기판(100)가 원형인 경우에는, 제2 기판(190)의 직경이 제1 기판(100)의 직경보다 크다. 예를 들어, 제2 기판(190)의 직경은 6인치(약 150mm) 이상이고, 제1 기판(100)의 직 경은 6인치 미만일 수 있다. 제2 기판(190)와 제1 기판(100)가 사각형인 경우에는, 제2 기판(190)의 대각선 길이가 제1 기판(100)의 대각선 길이보다 클 수 있다.
제2 기판(190)은 도전성 기판일 수도 있고, 절연성 기판일 수도 있다. 예를 들어, 제2 기판(190)은 실리콘, 스트레인 실리콘(strained Si), 실리콘 합금, SOI(Silicon-On-Insulator), 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 게르마늄(SiGe), 실리콘 게르마늄 카바이드(SiGeC), 게르마늄, 게르마늄 합금, 갈륨 아세나이드(GaAs), 인듐 아세나이드(InAs) 및 III-V 반도체, II-VI 반도체 중 하나, 이들의 조합물, 이들의 적층물인 도전성 기판일 수 있다. 또한, 제2 기판(190)은 알루미늄 나이트라이드, 보론 나이트라이드, 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 베릴륨(beryllium) 나이트라이드, 쿼츠(quartz) 중 하나, 이들의 조합물, 이들의 적층물과 같은 절연성 기판일 수도 있다. 이하에서는, 제2 기판(190)이 실리콘 기판인 경우를 예로 들어 설명한다.
또한, 제1 기판(100)과 제2 기판(190)의 본딩 방법은 여러 가지가 있을 수 있으나, 본 발명의 제1 실시예에서는 직접 본딩(direct bonding)을 예로 들어 설명한다.
우선, 제1 기판(100)과 제2 기판(190)을 직접 본딩하려면, 제1 기판(100)과 제2 기판(190)은 다음과 같은 조건을 만족하는 것이 좋다.
제1 기판(100)의 본딩면, 제2 기판(190)의 본딩면은 실질적으로 평평하고(substantially flat), 부드러워야 한다(smooth). 제2 기판(190)의 본딩면과, 제1 기판(100)의 본딩면이 휘어져 있거나 거칠게 되면, 본딩하기가 어렵기 때문이다.
즉, 총 두께의 편차(total thickness variation)가 특정 값 이하가 되도록 조절될 필요가 있다. 예를 들어 설명하면, 8인치 웨이퍼의 경우 총 두께의 편차는 6㎛ 이하가 될 수 있고, 2인치 웨이퍼의 경우 총 두께의 편차는 1.5㎛ 이하가 될 수 있다.
따라서, 필요에 따라서는, 반도체 연마 기술을 이용하여 제1 기판(100)의 본딩면과 제2 기판(190)의 본딩면 중 적어도 하나를 연마할 수 있다. 예를 들어, CMP(Chemical Mechanical Polishing)를 사용하여, Å 단위로 표면 거칠기(surface roughness)를 조절할 수 있다. 제1 기판(100)의 본딩면과 제2 기판(190)의 본딩면은 AFM(Atomic Force Microscope)로 측정하였을 때 각각 표면 거칠기가 1nm 이하가 되는 것이 좋다. 제1 기판(100)의 본딩면과 제2 기판(190)의 본딩면은 경면화되어(mirror-polished) 있는 것이 좋다.
또한, 제1 기판(100)의 본딩면과 제2 기판(190)의 본딩면은 깨끗해야 한다(well-cleaned).
따라서, 필요에 따라서는, 적어도 하나의 제1 기판(100)과 제2 기판(190)을 깨끗하게 세정하는 것이 좋다. 제1 기판(100)과 제2 기판(190)의 표면에 붙어있는 여러 가지 불순물들(예를 들어, 파티클(particle), 먼지(dust) 등)은 오염 소오스(contamination source)가 될 수 있기 때문이다. 즉, 제1 기판(100)과 제2 기판(190)을 서로 본딩하였을 때, 제1 기판(100)과 제2 기판(190) 사이의 인터페이스(interface)에 전술한 불순물들이 있으면, 본딩 에너지(bonding energy)를 약화시킬 수 있다. 본딩 에너지가 약하면, 제1 기판(100)와 제2 기판(190)가 쉽게 떨어 질 수 있다.
우선, 제1 기판(100)과 제2 기판(190)을 직접 본딩하기 위해서, 제2 기판(190)의 본딩면 또는 적어도 하나의 제1 기판(100)의 본딩면을 전처리(pre-treatment)한다.
전처리는 예를 들어, 플라즈마 처리(plasma treatment) 및/또는 습식 처리(wet treatment)일 수 있다.
플라즈마 처리는 예를 들어, O2, NH3, SF6, Ar, Cl2, CHF3, H2O 중 적어도 하나를 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 플라즈마 처리는 저온에서 실시 가능하기 때문에, 제1 및 제2 기판(100, 190)에 스트레스를 적게 줄 수 있다.
습식 처리는 H2SO4, HNO3, HCl, H2O2, H5IO6, SC-1(Standard Clean-1), SC-2(Standard Clean-2) 중 적어도 하나를 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. SC-1 용액은 NH4OH/H2O2일 수 있고, SC-2 용액은 HCl/H2O2일 수 있다.
이와 같은 전처리를 통해서, 제1 기판(100)의 본딩면과, 제2 기판(190)의 본딩면을 활성화시킬 수 있다. 즉, 제1 기판(100)의 본딩면과, 제2 기판(190)의 본딩면이, 본딩하기 적절한 상태로 변화될 수 있다.
전처리를 한 기판의 본딩면에는 댕글링 본드(dangling bond)가 생성될 수 있다. 이러한 댕글링 본드는 친수성(hydrophilic) 댕글링 본드일수도 있고, 소수성(hydrophobic) 댕글링 본드일 수도 있다. 예를 들어, 제2 기판(190)이 실리콘 웨이퍼이고, 제1 기판(100)가 사파이어 웨이퍼인 경우, 전처리 결과 친수성 댕글링 본드인 "-OH"가 제1 기판(100)의 본딩면과, 제2 기판(190)의 본딩면에 형성되어 있을 수 있다.
이어서, 제2 기판(190)의 본딩면과, 적어도 하나의 제2 기판(190)의 본딩면이 서로 마주보도록 배치한다. 이 때, 제1 기판(100)의 본딩면 상에 형성된 "-OH"와, 제2 기판(190)의 본딩면 상에 형성된 "-OH"가 반 데르 발스 힘(Van der Waals' Force)에 의해 자연스럽게(spontaneously) 붙게 된다. 평면적으로 보면, 도 4b에서와 같이, 직경이 8인치인 하나의 제2 기판(190) 상에, 직경이 2인치인 9개의 제1 기판(100)을 배치할 수 있다. 제2 기판(190) 상에 몇 장의 제1 기판(100)이 올라갈지는, 제2 기판(190)과 제1 기판(100)의 크기 차이에 의해 결정될 수 있다.
이어서, 자연스럽게 붙어 있는 제2 기판(190)과, 적어도 하나의 제1 기판(100)을 서로 열처리 또는 물리적으로 압착한다. 그러면, 도 4a에서 도시된 것과 같이, 제2 기판(190)과 적어도 하나의 제1 기판(100)은 공유 결합으로 연결되게 된다. 구체적으로 설명하면, 제2 기판(190)가 실리콘 웨이퍼이고, 제1 기판(100)가 사파이어 웨이퍼인 경우, 아래와 같은 화학식을 통해서, 제2 기판(190)와 다수의 제1 기판(100)가 산소 공유 결합을 하게 된다.
Si-OH + HO-Al2O3≡ ⇒ Si-O-Al2O3 + H2O
열처리하는 것은 약 25℃(room temperature)에서 약 400℃ 사이에서 진행될 수 있다. 높은 온도에서 오랜 시간 열처리하는 것은 제2 기판(190)와 제1 기판(100) 사이의 본딩 에너지를 증가시킬 수 있다. 하지만, 너무 높은 온도에서 열 처리하면, 제2 기판(190)와 제1 기판(100)는 휘어지거나 크랙(crack)이 발생할 수도 있다. 따라서, 적절한 온도 범위 내에서 열처리하는 것이 필요하다. 또한, 열처리하는 시간이 길어질수록 본딩 에너지는 증가할 수 있으나, 특정 시점(예를 들어, 수시간)이 지나면 본딩 에너지가 더 이상 증가하지 않을 수 있다. 특정 시점이 지나면, 제2 기판(190)의 본딩면과, 다수의 제1 기판(100)의 본딩면에 형성되어 있는 "-OH"가 모두 소모되기 때문이다(즉, "-OH"가 모두 산소 공유 결합으로 변화하기 때문이다.). 얼마 정도 열처리를 해야 할지는 필요에 따라 조절될 수 있다.
도 5를 참조하면, 오믹층(130a), 제2 도전층(116), 발광층(114), 제1 도전층(112)을 순차적으로 일부 식각하여, 제1 도전층(112)의 일부가 노출되도록 한다. 식각 결과물로 도 5에 도시된 것과 같이, 오믹 패턴(130), 제2 도전 패턴(116), 발광 패턴(114), 제1 도전 패턴(112)이 형성된다.
도 6을 참조하면, 노출된 제1 도전 패턴(112)(즉, 제1 전극 형성 영역.) 상에 오믹 패턴(131)을 형성한 후, 제1 전극(140)과 제2 전극(150)을 형성한다. 예를 들어, 제1 도전 패턴(112)위의 오믹 패턴(131)은 ITO(Indium Tin Oxide), 징크(Zn), 징크 옥사이드(ZnO), 은(Ag), 주석(Ti), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), 인듐 옥사이드(In2O3), 틴 옥사이드(SnO2), 구리(Cu), 텅스텐(W), 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 전극(140) 및 제2 전극(150)은 동일한 물질로 형성할 수도 있고, 다른 물질로 형성하여도 무방하다. 제1 전극(140) 및 제2 전극(150)은 예를 들어, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 바나듐(V), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이어서, 본딩된 제1 기판(100) 및 제2 기판(190)을 제3 어닐링(183)한다. 특히, 제3 어닐링(183)의 공정 온도는 제1 어닐링(181) 및/또는 제2 어닐링(182)의 공정 온도에 비해서 낮을 수 있다. 예를 들어, 약 190℃ 이하에서 어닐링을 할 수 있다.
참고로, 제3 어닐링(183)은 제1 전극(140) 및 제2 전극(150)이 형성되지 않은 단계에서도 가능하다. 구체적으로 제1 전극(140) 위에 오믹층이 형성된 후에 바로 제3 어닐링을 실시할 수도 있다.
특히, 본 발명의 제1 실시예에서, 본딩 공정(도 4a 및 도 4b 참조) 이후의 여러가지 공정의 온도는 높지 않은 것이 좋다. 왜냐 하면, 본딩 공정 이후의 여러가지 공정의 온도가 높으면, 본딩된 제1 기판(100)과 제2 기판(190) 사이의 인터페이스에 스트레스를 줄 수 있고, 스트레스가 높으면 제1 기판(100)과 제2 기판(190)이 떨어질 수 있기 때문이다. 따라서, 높은 온도에서 진행되는 공정은 본딩 공정 이전에 진행되는 것이 좋다. 예를 들어, 제3 어닐링(183)의 공정 온도는, 제2 도전층(116a)을 활성화시키기 위한 제1 어닐링(181)의 공정 온도와, 오믹층(130a)을 활성화시키기 위한 제2 어닐링(182)의 공정 온도보다 낮을 수 있다.
한편, 도면에 표시하지 않았으나, 제2 전극(150) 형성 전 또는 후 단계에서, 표면 텍스쳐링(surface texturing) 공정을 실시하여, 제2 도전 패턴(116)의 표면에 텍스쳐(texture) 형상을 만들 수도 있다. 텍스쳐 형상은 예를 들어, KOH와 같은 식각액을 이용하여, 제2 도전 패턴(116)의 표면을 습식 식각하여 형성할 수 있다. 또한, 건식 식각을 통해서도 형성할 수 있다. 제2 도전 패턴(116)과 공기 사이의 굴절율 차이로 인해서, escape cone angle을 제외한 각도의 광은 제2 도전 패턴(116) 내에서 갇힐 수 있다. 따라서, 텍스쳐 형상을 만들게 되면, 많은 광들이 제2 도전 패턴(116) 밖으로 빠져나올 수 있기 때문에, 광추출 효율을 높일 수 있다.
도 7을 참조하면, 제2 기판(190)을 제거한다.
제2 기판(190)을 제거하기 위해, Grinding 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 이용할 수 있다.
이어서, 제1 기판(100)의 두께를 얇게 한다. CMP 공정 등을 이용하여 제1 기판(100)의 두께를 예를 들어, 약 100㎛ 정도로 만든다.
이어서, 쏘잉(sawing) 공정을 통해서 칩 단위로 분리하면, 발광 소자(1)가 완성된다.
본 발명의 제1 실시예에서와 같이, 다수의 소형 제1 기판(100)를 대형 제2 기판(190)에 본딩하여 제조 공정을 진행하면, 대형 제2 기판(190)의 크기에 맞는 제조 설비를 이용하면 되기 때문에 소형 제1 기판(100)를 위한 별도의 제조 설비가 불필요하다. 뿐만 아니라, 한번에 많은 제1 기판(100)의 제조 공정이 진행되므로, 스루풋(throughput)이 향상된다. 따라서, 발광 소자(1)의 단가를 떨어뜨릴 수 있다.
여기서, 도 7, 도 8a 및 도 8b를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발 광 소자(1)에 대해서 설명한다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자(1)는 도 1 내지 도 7를 이용하여 설명한 제조 방법에 의해 제조되었다.
도 7, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 발광 소자(1)는 제1 도전 패턴(112), 제1 도전 패턴(112) 상에 형성된 발광 패턴(114), 발광 패턴(114) 상에 형성된 제2 도전 패턴(116), 제1 도전 패턴(112)과 제2 도전 패턴(116) 상에 형성된 오믹 패턴(130, 131)을 포함한다. 그런데, 본 발명의 제1 실시예에서, 제2 도전 패턴(116)의 외측면과 오믹 패턴(130)의 외측면은 서로 얼라인되어 있다.
전술한 것과 같이, 본딩 공정(도 4a 및 도 4b 참조) 이후의 여러가지 공정의 온도를 높지 않도록 하기 위해서, 본딩 공정 이전에 오믹층(130a)을 형성한다(도 3 참조). 그리고 본딩 공정 후에, 오믹 패턴(130), 제2 도전 패턴(116), 발광 패턴(114), 제1 도전 패턴(112) 등을 동시에 식각한다(도 5 참조). 따라서, 제2 도전 패턴(116)의 외측면과 오믹 패턴(130)의 외측면은 서로 얼라인되어 있다.
한편, 발광 소자(1)는 탑뷰 타입(top view type) 패키지와 사이드뷰 타입(side view type) 패키지에 사용될 수 있다. 탑뷰 타입 패키지의 경우에는 통상적으로 도 8a와 같이 정사각형 형태의 발광소자가 사용되고, 1mm × 1mm 사이즈가 많이 사용된다. 탑뷰 타입 패키지의 경우에는, 광을 직접 대상물에 방사하며, 조명 장치, 표시 장치 등에 많이 사용된다. 반면, 사이드뷰 타입 패키지의 경우에는 통상적으로 도 8b와 같이 직사각형 형태의 발광소자가 사용되고, 150㎛ × 400㎛ 사이즈가 많이 사용되나, 적용되는 장치에 따라서 변경 가능하다. 사이드뷰 타입 패키지의 경우에는, 모바일 장치(휴대폰, MP3 플레이어, 내비게이션(Navigation) 등 ), 표시 장치 등에 많이 사용된다. 탑뷰 타입 패키지와 사이드뷰 타입 패키지는 크기나 형태에서 차이가 있을 뿐, 구성이나 동작은 실질적으로 동일하다.
그리고, 발광 소자(1)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
제1 도전 패턴(112)이 n형이고 제2 도전 패턴(116)이 p형일 경우, 제1 바이어스(V- 또는 I- 또는 접지)가 제1 전극(140)을 통해서 제1 도전 패턴(112)에 인가되고 제2 바이어스(V+ 또는 I+)가 제2 전극(150)을 통해서 제2 도전 패턴(116)에 인가되어, 발광 구조체(110)에는 순방향 바이어스가 걸리게 된다. 순방향 바이어스에 의해 발광 패턴(114)으로부터 광이 나오게 된다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법이 제1 실시예와 다른 점은, 제1 기판(100)과 제2 기판(190)을 직접 본딩하지 않고, 접착 본딩(adhesive bonding)한다는 점이다. 접착 본딩은 제1 기판(100)과 제2 기판(190) 사이에 중간 물질층(191, 192)이 개재된다. 중간 물질층(191)이 충분한 두께를 갖는 경우, 중간 물질층(191)은 제1 기판(100) 또는 제2 기판(190)이 조금 휘어져 있는 정도는 보상(compensation)할 수 있다.
중간 물질층(191, 192)을 제2 기판(190)의 본딩면 및/또는 제1 기판(100)의 본딩면에 형성하고, 제1 기판(100)과 제2 기판(190)을 서로 열압착하거나 물리적으로 압착하여 본딩할 수 있다. 도 9 및 도 10에서는 설명의 편의상 제2 기판(190)의 본딩면에 중간 물질층(191)이 형성되어 있는 것을 도시하였다.
도 9에 도시된 것처럼, 한편 중간 물질층(191)은 도전성 물질 예를 들어, 금속층일 수 있다. 금속층은 예를 들어, Au, Ag, Pt, Ni, Cu, Sn, Al, Pb, Cr, Ti 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 금속층은 Au, Ag, Pt, Ni, Cu, Sn, Al, Pb, Cr, Ti 단일층일 수도 있고, 이들의 적층물일 수도 있고, 이들의 조합물일 수도 있다. 예를 들면, 금속층은 Au 단일층일수도 있고, Au-Sn 이중층일 수도 있고, Au와 Sn를 교대로 여러 번 적층한 멀티층일 수도 있다.
또한, 도 10에 도시된 것처럼, 중간 물질층(192)은 유기층일 수 있다. 유기층은 BCB(BenzoCycloButene)일 수 있다. BCB는 Dow사에서 CYCLOTENE이라는 상표로 판매되기도 한다. BCB는 반도체 장치를 제조할 때 사용하기 적절한 물질이다. BCB는 대부분의 습식 에천트(wet etchant)에 상당히 강하기 때문에 제거하기 어렵다. BCB는 통상적으로 건식 에칭을 통해서만 제거 가능하다. 또한, BCB는 실리콘 산화물(SiO2)와 비교할 때, 스트레스를 적게 발생한다. 즉, BCB를 매우 두껍게 형성하여도, 제2 기판(190)가 휘어지거나 제2 기판(190)에 크랙(crack)이 발생될 것을 염려하지 않아도 된다.
이하에서는 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 이용한 발광 장치의 제조 방법을 설명한다. 발광 장치로는 발광 소자를 이용하여 제조된 발광 패키지(도 11 내지 도 17 참조), 발광 소자 및/또는 발광 패키지를 이용하여 제조된 발광 시스템(도 18 내지 도 25 참조)를 예로 든다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다. 도 11 및 도 12의 도면들은 설명의 편의를 위해서 주요 부분만을 단순화 또는 강조하여 도시한 것이다. 도 13, 도 14a 내지 도 14c는 패키지 바디와 발광체 사이의 연결 방식을 구체적으로 도시한 예시적 도면이다. 도 14a 내지 도 14c는 각각 도 13의 A-A'를 따라 절단한 단면도이다.
우선, 도 11을 참조하면, 패키지 바디(210) 상에 발광 소자(1)를 배치한다.
구체적으로, 패키지 바디(210)는 내부에 슬롯(slot)(212)을 포함할 수 있고, 발광 소자(1)는 슬롯(212) 내에 배치될 수 있다. 특히, 슬롯(slot)(212)은 측벽(212a)이 경사져 있을 수 있다. 발광 소자(1)에서 발생된 광은 측벽(212a)에 반사되어 앞으로 나아갈 수 있다.
또한, 도면에서는 발광 소자(1)가 서브 마운트(230)와 연결되어 있고, 서브 마운트(230)와 연결된 발광 소자(1)가 패키지 바디(210)의 슬롯(212) 내에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 서브 마운트(230)를 사용하지 않고, 발광 소자(1)를 직접 패키지 바디(210)상에 설치할 수도 있다.
한편, 패키지 바디(210)와 발광 소자(1)의 연결 방식은 여러 가지가 있을 수 있다. 연결 방식을 예를 들어 설명하면, 도 13, 도 14a 내지 도 14c에 도시된 것과 같을 수 있다.
우선 도 13 및 도 14a를 참조하면, 발광 소자(1)는 서브 마운트(230) 상에 마운팅되어 있을 수 있다. 한편, 도면에서는 발광 소자(1)가 플립칩 타입(flip chip type)으로 연결된 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들 어, 발광 소자(1)는 래터럴 타입(lateral type)으로 연결될 수 있다. 플립칩 타입으로 연결하는 것은 제1 전극, 제2 전극이 패키지의 바닥면을 향하게 연결된 것이고, 래터럴 타입 LED는 제1 전극, 제2 전극이 패키지의 상면을 향하게 연결된 것을 의미한다. 또한, 도 13에서는 발광 소자(1)가 탑뷰 타입 패키지에 사용되는 정사각형 형태로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 발광 소자(1)는 사이드뷰 타입(side view type) 패키지에 사용되는 직사각형 형태일 수도 있다.
또한, 발광 소자(1)는 UV 광을 발생시키는 UV 발광 소자(1)일 수 있고, 청색(blue) 광(즉, 청색 파장의 광)을 발생시키는 청색 발광 소자(1)일 수도 있다.
패키지 바디(210)의 슬롯(212) 내에 발광 소자(1)가 배치된다. 슬롯(212)은 발광 소자(1)보다 크다. 발광 소자(1)에서 발생된 광이 슬롯(212)의 측벽(212a)에 반사되는 정도, 반사 각도, 슬롯(212)을 채우는 투명 수지층(도 12의 250)의 종류, 형광층(도 12의 260)의 종류 등을 고려하여, 슬롯(212)의 크기를 결정하는 것이 좋다. 또한, 발광 소자(1)가 슬롯(212)의 가운데에 놓이는 것이 좋다. 발광 소자(1)와 측벽(212a)까지의 거리가 동일하게 되면, 색도(色度)의 불균일을 방지하기 쉽다.
이러한 패키지 바디(210)는 내광성이 뛰어난 실리콘 수지, 에폭시수지, 아크릴 수지, 유리어수지, 불소수지, 이미드 수지 등의 유기물질이나 유리, 실리카겔 등의 내광성이 뛰어난 무기물질을 이용할 수 있다. 또한, 제조공정시의 열로 수지가 용융되지 않도록, 열강화성수지를 사용할 수 있다. 또한 수지의 열응력을 완화시키기 위해, 질화 알루미늄, 산화 알루미늄 및 그러한 복합 혼합물 등의 각종 필 러를 혼입해도 좋다. 또한, 패키지 바디(210)는 수지에 한정되지 않는다. 패키지 바디(210)의 일부(예를 들어, 측벽(212a)), 또는 전부에 금속 재료나 세라믹스 재료를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 패키지 바디(210) 전부를 금속 재료를 사용할 경우, 발광 소자(1)에서 발생된 열을 외부로 방출하기 용이하다. 도 3a에서는 패키지 바디(210) 전부가 금속 재료인 경우를 도시하였다.
또한, 패키지 바디(210)에는 발광 소자(1)와 전기적으로 연결된 리드(214a, 214b)가 설치된다. 발광 소자(1)는 서브 마운트(230)와 전기적으로 연결되고, 서브 마운트(230)와 리드(214a, 214b)는 예를 들어, 와이어(216a, 216b)를 통해서 연결될 수 있다. 한편, 리드(214a, 214b)는 열전도성이 높은 물질을 사용하는 것이 좋다. 발광 소자(1)에서 발생된 열이 리드(214a, 214b)를 통해서 직접 외부로 방출될 수 있기 때문이다.
한편, 도 14b에 도시된 발광 패키지가, 도 14a에 도시된 발광 패키지와 다른 점은, 서브 마운트(230)와 리드(214a, 214b)가 와이어(도 3a의 216a, 216b)를 통해서 연결되지 않고, 서브 마운트(230) 내에 설치된 비아(via)(232)를 통해서 연결된다는 점이다.
또한, 도 14c에 도시된 발광 패키지가, 도 14a에 도시된 발광 패키지와 다른 점은, 서브 마운트(230)와 리드(214a, 214b)가 와이어(도 3a의 216a, 216b)를 통해서 연결되지 않고, 서브 마운트(230)의 상면, 측면, 배면을 따라 설치된 배선(interconnection)(234)를 통해서 연결된다는 점이다.
도 14b의 발광 패키지와 도 14c의 발광 패키지는 와이어를 이용하지 않기 때 문에, 발광 패키지의 크기를 줄일 수 있다.
도 13 내지 도 14c를 이용하여 설명하였듯이, 본 발명이 적용될 수 있는 발광 패키지는 여러 가지가 있을 수 있다. 본 명세서에서는 권리범위가 한정적으로 해석되는 것을 방지하기 위해, 이하의 도면에서는 주요 부분만을 단순화 또는 강조하여 도시한다.
다시 도 12로 돌아가면, 발광 소자(1) 상에 투명 수지층(250)을 도포한다. 구체적으로, 투명 수지층(250)은 슬롯(212)의 적어도 일부를 채운다. 예를 들어, 도시된 것처럼, 투명 수지층(250)은 슬롯(212)을 완전히 채우지 않을 수 있다. 투명 수지층(250)은 패키지 바디(210)의 슬롯(212)을 채울 수 있는 재료라면 특별히 한정하지 않아도 된다. 예를 들면, 투명 수지층(250)은 에폭시 수지, 실리콘 수지, 경질 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 우레탄 수지, 옥세탄 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리이미드 수지 등의 수지를 이용할 수가 있다
이어서, 투명 수지층(250) 상에 형광층(260)을 형성한다. 형광층(260)은 투명 수지(264)와 형광체(phosphor)(264)를 혼합한 것일 수 있다. 형광층(260) 내에 분산된 형광체(264)가 발광 패키지(1)에서 나온 광을 흡수하여 다른 파장의 광으로 파장 변환하기 때문에, 형광체(264)의 분포가 좋을수록 발광 특성이 좋아질 수 있다. 이와 같이 될 경우, 형광체(264)에 의한 파장 변환, 혼색 효과 등이 개선된다.
예를 들어, 발광 패키지(11)가 백색을 만들기 위해 형광층(260)을 형성할 수 있다. 발광 패키지(11)가 블루(blue) 파장의 광을 내보낼 경우, 형광체(264)는 옐로우(yellow) 형광체를 포함할 수 있고, 색재현지수 (Color Rendering Index, CRI) 특성을 높이기 위해 레드(red) 형광체도 포함할 수 있다. 또는, 발광 패키지(11)가 UV 파장의 광을 내보낼 경우, 형광체(264)는 RGB(Red, Green, Blue) 모두를 포함할 수 있다.
투명 수지(264)는 형광체(264)를 안정적으로 분산 가능한 재료라면 특별히 한정하지 않아도 된다. 예를 들면, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 경질 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 우레탄 수지, 옥세탄 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리이미드 수지 등의 수지를 이용할 수가 있다.
형광체(264)는 발광 소자(1)로부터 광을 흡수하여 다른 파장의 광으로 파장 변환하는 물질이면 된다. 예를 들어, Eu, Ce 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활력을 받는 질화물계/산질화물계 형광체, Eu 등의 란타노이드계, Mn 등의 천이 금속계의 원소에 의해 주로 활력을 받는 알칼리토류 할로겐 애퍼타이트 형광체, 알칼리토류 금속 붕산 할로겐 형광체, 알칼리토류 금속 알루민산염 형광체, 알칼리토류 규산염, 알칼리토류 유화물, 알칼리토류 티오갈레이트, 알칼리토류 질화 규소, 게르만산염, 또는 Ce 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활력을 받는 희토류 알루민산염, 희토류 규산염 또는 Eu 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활력을 받는 유기 및 유기 착체 등에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것이 바람직하다. 구체적인 예로서 아래와 같은 형광체를 사용할 수가 있지만 이에 한정되지 않는다.
Eu, Ce 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활력을 받는 질화물계 형광체는 M2Si5N8：Eu(M는 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 하나) 등이 있다. 또, M2Si5N8：Eu 외, MSi7N10：Eu, M1 .8Si5O0 .2N8：Eu, M0 .9Si7O0 .1N10：Eu(M는 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 하나) 등도 있다.
Eu, Ce 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활력을 받는 산질화물계 형광체는 MSi2O2N2：Eu(M는 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 하나) 등이 있다.
Eu 등의 란타노이드계, Mn 등의 천이 금속계의 원소에 의해 주로 활력을 받는 알칼리토류 할로겐 애퍼타이트 형광체에는 M5(PO4)3 X：R(M는 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 하나, X는 F, Cl, Br, I에서 선택되는 적어도 하나, R는 Eu, Mn, Eu에서 선택된 적어도 하나) 등이 있다.
알칼리토류 금속 붕산 할로겐 형광체에는 M2B5O9X：R(M는 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 하나, X는 F, Cl, Br, I에서 선택되는 적어도 하나, R는 Eu, Mn, Eu에서 선택된 적어도 하나) 등이 있다.
알칼리토류 금속 알루민산염 형광체에는 SrAl2O4：R, Sr4Al14O25：R, CaAl2O4：R, BaMg2Al16O27：R, BaMg2Al16O12：R, BaMgAl10O17：R(R는 Eu, Mn, Eu에서 선택된 어느 하나) 등이 있다.
알칼리토류 유화물 형광체에는 La2O2S：Eu, Y2O2S：Eu, Gd2O2S：Eu 등이 있다.
Ce 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활력을 받는 희토류 알루민산염 형광체에는 Y3Al5O12：Ce, (Y0 .8Gd0 .2)3Al5O12：Ce, Y3(Al0 .8Ga0 .2)5 O12：Ce, (Y, Gd)3 (Al, Ga)5 O12의 조성식에서 나타내어지는 YAG계 형광체 등이 있다. 또한, Y의 일부 혹은 전부를 Tb, Lu 등으로 치환한 Tb3Al5O12：Ce, Lu3Al5O12：Ce 등도 있다.
알칼리토류 규산염 형광체에는 실리케이트(silicate)로 구성될 수 있으며, 대표적인 형광체로 (SrBa)2SiO4:Eu 등이 있다.
그 외의 형광체에는 ZnS：Eu, Zn2GeO4：Mn, MGa2S4：Eu(M는 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 하나, X는 F, Cl, Br, I에서 선택되는 적어도 하나) 등이 있다.
전술한 형광체는 희망하는 바에 따라 Eu에 대신하거나 또는 Eu에 더하여 Tb, Cu, Ag, Au, Cr, Nd, Dy, Co, Ni, Ti에서 선택되는 1종 이상을 함유시킬 수도 있다.
또한, 전술한 형광체 이외의 형광체로서, 동일한 성능, 효과를 갖는 형광체도 사용할 수 있다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 제2 내지 제4 실시예에 따른 발광 패키지를 설명하기 위한 도면들이다. 본 발명의 제2 내지 제4 실시예에 따른 발광 패키지의 제조 방법은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 패키지의 제조 방법으로부터 당업자가 유추할 수 있으므로 설명을 생략한다.
우선, 도 15를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 패키지(12)가 본 발명의 제1 실시예와 다른 점은, 형광층(260) 상에 필터(280)가 형성된다는 점이다. 필터(280)는 특정 파장의 광을 흡수하게 된다. 예를 들어, 필터(280)는 발광 소자(1)에서 1차 발광된 광은 흡수하고, 형광층(260)에서 2차 발광된 광은 흡수하지 않을 수 있다. 이러한 필터(280)는 특정 파장의 광은 흡수하되, 열은 분산시키는 재료를 사용하는 것이 좋다. 예를 들어, 필터(280)로는 무기 염료 또는 유기 염료를 사용할 수 있다.
특히, 발광 소자(1)가 UV발광체일 때, UV 필터(280)가 사용될 수 있다. 과도한 UV광은 인체에 해로울 수 있기 때문이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 패키지(13)가 본 발명의 제1 실시예와 다른 점은, 형광층(260)이 렌즈 형태로 형성된다는 점이다. 발광 소자(1)에서 나온 광의 광확산/광추출 특성을 향상시키기 위해 형광층(260)이 일정한 곡률을 가질 수 있다. 도 16에서는 볼록 렌즈 형태로 형성되어 있으나, 필요에 따라서는 오목 렌즈 형태로 구현될 수도 있다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 패키지(14)가 본 발명의 제1 실시예와 다른 점은, 발광 소자(1)와 서브 마운트(230) 상에만 투명 수지층(250)이 형성된다는 점이다. 또한, 투명 수지층(250) 상에 형광층(260)이 슬롯(212)을 채우도록 형성된다.
도 18는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 시스템(21)은 회로 기판(300)과, 회로 기판(300) 상에 배치된 발광 패키지(11)를 포함한다.
회로 기판(300)은 서로 전기적으로 분리된 제1 도전 영역(310), 제2 도전 영 역(320)을 포함한다. 제1 도전 영역(310) 및 제2 도전 영역(320)은 회로 기판(300)의 일면에 배치되어 있다.
제1 도전 영역(310)은 발광 패키지(1)의 리드(214a)와 전기적으로 연결되고, 제2 도전 영역(320)은 발광 패키지(1)의 리드(214b)와 전기적으로 연결된다. 제1 및 제2 도전 영역(310, 320)과 리드(214a, 214b)는 각각 솔더(solder)를 이용하여 연결될 수 있다.
도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 시스템(22)이 제1 실시예와 다른 점은, 회로 기판(300)이 관통 비아(Through Via)(316, 326)를 구비한다는 점이다.
구체적으로, 회로 기판(300)의 일면에는 서로 전기적으로 분리된 제1 도전 영역(310) 및 제2 도전 영역(320)이 형성되어 있고, 회로 기판(300)의 타면에는 서로 전기적으로 분리된 제3 도전 영역(312) 및 제4 도전 영역(322)이 형성되어 있다. 제1 도전 영역(310)과 제3 도전 영역(312)은 제1 관통 비아(316)를 통해서 연결되고, 제2 도전 영역(320)과 제4 도전 영역(322)은 제2 관통 비아(326)를 통해서 연결된다. 제1 도전 영역(310)은 발광 패키지(11)의 리드(214a)와 전기적으로 연결되고, 제2 도전 영역(320)은 발광 패키지(11)의 리드(214b)와 전기적으로 연결된다.
도 20 내지 도 21b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 특히, 도 21a 및 도 21b은 발광 패키지 어레이 상에 형광층(340)과 투명 수지(350)가 형성된 형태를 예시적으로 도시한 것이다.
우선, 도 20은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 시스템(23)은 다수의 발광 패키지(11)가 회로 기판(300)에 배열된 발광 패키지 어레이를 설명하기 위한 도면이다.
회로 기판(300) 상에 제1 도전 영역(310)과 제2 도전 영역(320)이 나란하게 일방향으로 연장되어 있다. 발광 패키지(11)는 제1 도전 영역(310) 및 제2 도전 영역(320) 사이에 배치된다. 다수의 발광 패키지(11)는 제1 도전 영역(310) 및 제2 도전 영역(320)의 연장 방향을 따라 일렬로 배치된다. 제1 도전 영역(310)은 발광 패키지(11)의 리드(214a)와 전기적으로 연결되고, 제2 도전 영역(320)은 발광 패키지(11)의 리드(214b)와 전기적으로 연결된다. 제1 도전 영역(310)에 제1 바이어스가 인가되고 제2 도전 영역(320)에 제2 바이어스가 인가되어, 발광 패키지(11) 내부의 발광체(미도시)에 순방향 바이어스가 걸리게 되면, 다수의 발광 패키지(11)는 동시에 광을 발산하게 된다.
여기서, 도 21a를 참조하면, 형광층(340)과 투명 수지(350)는 라인 타입으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 14a에서와 같이 발광 패키지(11)가 제1 및 제2 도전 영역(310, 320)의 연장 방향을 따라 배치된 경우, 형광층(340)과 제2 투명 수지(350)도 제1 및 제2 도전 영역(310, 320)의 연장 방향을 따라 배치될 수 있다. 또한, 형광층(340)과 제2 투명 수지(350)는 제1 도전 영역(310)과 제2 도전 영역(320)을 모두 둘러 싸도록 형성될 수 있다.
도 21b을 참조하면, 형광층(340)과 투명 수지(350)는 도트 타입으로 형성될 수 있다. 각 형광층(340)과 각 투명 수지(350)는, 대응되는 발광 패키지(11)만을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
도 22은 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 22에 도시된 것은, 도 18 내지 도 21b을 이용하여 설명하였던 발광 시스템이 적용된 예시적인 장치(최종 제품, end product)이다. 발광 시스템은 조명 장치, 표시 장치, 모바일 장치(휴대폰, MP3 플레이어, 내비게이션(Navigation) 등)과 같은 여러 가지 장치에 적용될 수 있다. 도 22에 도시된 예시적 장치는 액정 표시 장치(LCD)에서 사용하는 에지형(edge type) 백라이트 유닛(Back Light Unit; BLU)이다. 액정 표시 장치는 자체 광원이 없기 때문에, 백라이트 유닛이 광원으로 사용되고, 백라이트 유닛은 주로 액정 패널의 후방에서 조명하게 된다.
도 22를 참조하면, 백라이트 유닛은 발광 패키지(11), 도광판(410), 반사판(412), 확산 시트(414), 한쌍의 프리즘 시트(416)를 포함한다.
발광 소자(1)는 광을 제공하는 역할을 한다. 여기서, 사용되는 발광 소자(1)는 사이드뷰 타입일 수 있다. 전술한 것과 같이, 발광 소자(1)는 발광 패키지(11)의 패키지 바디(210)의 슬롯 내에 배치되어 있다.
도광판(410)은 액정 패널(450)로 제공되는 광을 안내하는 역할을 한다. 도광판(410)은 아크릴과 같은 플라스틱 계열의 투명한 물질의 패널로 형성되어, 발광 소자(1)로부터 발생한 광을 도광판(410) 상부에 배치된 액정 패널(450) 쪽으로 진 행하게 한다. 따라서, 도광판(410)의 배면에는 도광판(410) 내부로 입사한 광의 진행 방향을 액정 패널(450) 쪽으로 변환시키기 위한 각종 패턴(412a)이 인쇄되어 있다.
반사판(412)은 도광판(410)의 하부면에 설치되어 도광판(410)의 하부로 방출되는 빛을 상부로 반사한다. 반사판(412)은 도광판(410) 배면의 각종 패턴(412a)에 의해 반사되지 않은 광을 다시 도광판(410)의 출사면 쪽으로 반사시킨다. 이와 같이 함으로써, 광손실을 줄임과 동시에 도광판(410)의 출사면으로 투과되는 광의 균일도를 향상시킨다.
확산 시트(414)는 도광판(410)에서 나온 광을 분산시킴으로써 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지한다.
프리즘 시트(416) 상부면에 삼각기둥 모양의 프리즘이 일정한 배열을 갖고 형성되어 있으며, 통상 2장의 시트로 구성되어 각각의 프리즘 배열이 서로 소정의 각도로 엇갈리도록 배치되어 확산 시트(414)에서 확산된 광을 액정 패널(450)에 수직한 방향으로 진행하도록 한다.
도 23 내지 도 26는 본 발명의 제5 내지 제8 실시예에 따른 발광 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 23 내지 도 26에서 도시된 것은, 전술하였던 발광 시스템이 적용된 예시적인 장치들(최종 제품, end product)이다. 도 23는 프로젝터를, 도 24은 자동차의 헤드라이트를, 도 25는 가로등을, 도 26는 조명등을 도시하였다. 도 23 내지 도 26에서 사용되는 발광 소자(1)는 탑뷰 타입일 수 있다.
도 23를 참고하면, 광원(510)에서 나온 광은 콘덴싱 렌즈(condensing lens)(520), 컬러 필터(530), 샤핑 렌즈(sharping lens)(540)을 통과하여 DMD(digital micromirror device)(550)에 반사되어, 프로젝션 렌즈(projection lens)(580)을 통과하여 스크린(590)에 도달한다. 광원(510) 내에는 본원 발명의 발광 소자가 장착되어 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다.
도 13, 도 14a 내지 도 14c는 패키지 바디와 발광체 사이의 연결 방식을 구체적으로 도시한 예시적 도면이다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 제2 내지 제4 실시예에 따른 발광 패키지를 설명하기 위한 도면들이다.
도 18는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 20 내지 도 21b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 22은 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 23 내지 도 26는 본 발명의 제5 내지 제8 실시예에 따른 발광 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1; 발광 소자 100; 제1 기판
112a; 제1 도전층 114a; 발광층
116a; 제2 도전층 190; 제2 기판

Claims (27)

  1. 적어도 하나의 제1 기판 각각에, 제1 도전형의 제1 도전층, 발광층, 제2 도전형의 제2 도전층을 순차적으로 형성하고,
    상기 제2 도전층 상에 오믹층을 형성하고,
    제2 기판 상에 상기 적어도 하나의 제1 기판을 본딩하되, 상기 제2 기판은 상기 제1 기판보다 크고,
    상기 오믹층, 상기 제2 도전층, 상기 발광층을 순차적으로 일부 식각하여, 상기 제1 도전층의 일부가 노출되도록 하는 것을 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 오믹층을 형성하기 전에, 상기 제1 도전층, 상기 발광층, 상기 제2 도전층이 형성된 제1 기판을 제1 어닐링하는 것을 더 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 노출된 제1 도전층 상에 제1 전극을 형성하고, 상기 오믹층 상에 제2 전극을 형성하고,
    상기 제1 및 제2 전극을 형성한 후, 본딩된 제1 및 제2 기판을 제3 어닐링하는 것을 더 포함하되,
    상기 제3 어닐링의 공정 온도는 상기 제1 어닐링의 공정 온도보다 낮은 발광 소자의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 본딩하기 전에, 상기 오믹층이 형성된 제1 기판을 제2 어닐링하는 것을 더 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 노출된 제1 도전층 상에 제1 전극을 형성하고, 상기 오믹층 상에 제2 전극을 형성하고,
    상기 제1 및 제2 전극을 형성한 후, 본딩된 제1 및 제2 기판을 제3 어닐링하는 것을 더 포함하되,
    상기 제3 어닐링의 공정 온도는 상기 제2 어닐링의 공정 온도보다 낮은 발광 소자의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 노출된 제1 도전층 상에 제1 전극을 형성하고, 상기 오믹층 상에 제2 전극을 형성하고,
    상기 제1 및 제2 전극을 형성한 후, 상기 제2 기판을 제거하고 상기 제1 기판의 두께를 얇게 하고,
    칩 단위로 분리하는 것을 더 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
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  16. 적어도 하나의 절연 기판 각각에, 제1 도전형의 제1 도전층, 발광층, 제2 도전형의 제2 도전층을 순차적으로 형성하고,
    상기 제2 도전층 상에 오믹층을 형성하고,
    상기 적어도 하나의 절연 기판을 제1 온도로 제1 어닐링하고,
    도전 기판 상에 상기 적어도 하나의 절연 기판을 본딩하되, 상기 도전 기판은 상기 절연 기판보다 크고,
    상기 오믹층, 상기 제2 도전층, 상기 발광층을 순차적으로 일부 식각하여, 상기 제1 도전층의 일부가 노출되도록 하고,
    상기 본딩된 절연 기판 및 도전성 기판을 제2 온도로 제2 어닐링하되, 상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 낮고,
    상기 노출된 제1 도전층 상에 제1 전극을 형성하고,
    상기 오믹층 상에 제2 전극을 형성하고,
    상기 제1 및 제2 전극을 형성한 후, 상기 제2 기판을 제거하고,
    상기 제1 기판의 두께를 얇게 하고,
    상기 절연 기판을 칩 단위로 분리하는 것을 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
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