KR101473057B1 - 반도체 발광 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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아키야 기무라
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아키히로 고지마
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Abstract

일 실시 형태에 따르면, 광을 출사하는 발광부, 상기 발광부의 주면 상에 제공되고 형광체를 포함하는 파장 변환부, 및 상기 파장 변환부 위에 제공되는 투명 수지가 제작된다. 투명 수지는 상기 파장 변환부보다 큰 탄성 계수 및/또는 높은 쇼어 경도를 갖는다.

Description

반도체 발광 장치 및 그의 제조 방법{SEMICONDUCTOR LIGHT­EMITTING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
<관련 기술의 상호 참조>
본 출원은 2012년 3월 29일자로 출원된 일본 특허 출원 제2012-078364호에 기초하며, 이로부터의 우선권의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 참조로서 본 명세서에 원용된다.
본 명세서에 기재된 실시 형태는, 반도체 발광 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자(이하, 간단히 발광 소자라고 함) 및 형광체(phosphor)를 포함하는 파장 변환부를 갖는 반도체 발광 장치의 일례에서, 예를 들어 청색광을 발광하는 발광 소자(예를 들어, 청색 LED(Light Emitting Diode))와 예를 들어 청색과 보색 관계에 있는 황색광을 방출하는 형광체는 함께 사용되어 백색광을 얻을 수 있다. 다른 파장(즉, 컬러)의 광을 방출하는 다른 형광체도 이러한 방식으로 파장 변환부에서 조합되어, 조합된 파장을 통해 다른 컬러를 얻을 수 있다.
이러한 종류의 반도체 발광 장치를 제조할 때에, 파장 변환부의 표면이 연마 공정에 의해 평활하게 되고, 그 후 습식 에칭법을 행해서 요철이 있고(roughened) 불규칙적인 표면을 생성할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 반도체 발광 장치는, 통상, 실장 공정(mounting process)에서 반도체 발광 장치의 픽업 및 이송(transfer)을 용이하게 하는 진공 흡착을 이용하는 로봇 장치(예를 들어, 칩 마운터)를 사용하여 기판 상에 실장된다. 그러나 이 단계에서, 파장 변환부의 표면이 에칭에 의해 요철 가공되어 있기 때문에, 불규칙한 표면의 간극을 통해 표면에 공기가 원치 않게 들어갈 수 있다. 이러한 것이 발생할 때, 로봇 장치는 반도체 발광 장치를 픽업 및/또는 안정적으로 이송할 수 없을 것이다. 그 결과, 이러한 픽업 실패는 수율을 저하하게 한다.
일반적으로, 이하의 도면을 참조하여 실시 형태에 대해 설명한다. 또한, 도면에서 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 부호가 이용되고, 마찬가지의 구성 요소에 대한 자세한 설명은 간결하게 하기 위해 적절히 생략한다.
여기서, 일 실시 형태에 따르면, 수율을 향상시키는 것이 가능한 반도체 발광 장치 및 그의 제조 방법이 제공된다.
더 높은 수율을 달성하기 위해, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치는, 발광부, 발광부의 주면, 형광체를 포함하고 주면 상에 실장되는 파장 변환부, 상기 파장 변환부 위의 투명 수지를 포함한다. 투명 수지는 파장 변환부보다 큰 탄성 계수(modulus of elasticity) 및/또는 파장 변환부보다 높은 쇼어 경도(Shore hardness)를 갖는다.
본 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치의 제조 방법은, 발광부, 형광체를 함유하고 발광부의 주면 상에 배치되는 파장 변환부, 및 파장 변환부 위에 배치되는 투명 수지를 갖는 장치의 생산을 가능하게 한다. 반도체 발광 장치의 제조 방법은, 발광부의 주면 상에 파장 변환부를 형성하는 단계와 관련된 공정, 및 파장 변환부보다 큰 탄성 계수 및/또는 높은 쇼어 경도를 갖도록 파장 변환부 위에 투명 수지를 형성하는 공정을 포함한다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치를 도시하는 도면이며, 도 1은 반도체 발광 장치의 모식적인 단면도.
도 2는 기판 상에 형성된 다수의 발광부에 의해 출사되는 광의 파장의 분포를 예시하는 모식도.
도 3a 및 도 3b는 파장과 색도 간의 관계를 예시하는 모식적인 그래프.
도 4a 내지 도 4e는 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치의 제조 방법의 스텝을 예시하는 모식적인 단면도.
도 5a 내지 도 5d는 도 4a 내지 도 4e의 반도체 발광 장치의 제조 방법의 스텝을 예시하는 모식적인 단면도.
도 6a 내지 도 6d는 파장 변환부의 각종 실시 형태를 예시하는 모식적인 도면.
본 명세서에서는 일례로서, 다수의 발광부를 갖는 반도체 발광 장치(즉, 멀티 칩형의 반도체 발광 장치)에 대해서 예시한다.
도 1은 본 명세서에서 개시된 실시 형태에 따라 가공된 반도체 발광 장치(1)를 예시하는 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 발광 장치(1)에는, 발광부(2), 전극부(3), 전극부(4), 접합부(5), 절연부(6), 밀봉부(7), 파장 변환부(8)가 제공되어 있다. 발광부(2)는 함께 사용될 때 발광부(2)를 구성하는 다수의 발광 서브유닛을 포함한다. 반도체 발광 장치(1)는 복수의 발광부(2)를 포함할 수 있지만, 본 명세서에서는 단 하나의 발광부(2)만을 상세하게 설명한다.
발광부(2)는 주면 M1 및 주면 M2를 포함한다. 주면 M2는 주면 M1의 반대면이다. 각각의 발광 서브유닛(2)에는, 반도체부(2a), 활성부(2b) 및 반도체부(2c)가 제공되어 있다.
반도체부(2a)는, 예를 들어 GaN(질화갈륨), AlN(질화알루미늄), AlGaN(질화알루미늄갈륨), InGaN(질화인듐갈륨) 등의 n형의 질화물 반도체를 사용해서 형성될 수 있다.
활성부(2b)는, 반도체부(2a)와 반도체부(2c) 사이에 제공되어 있다. 또한, 활성부(2b)는, 정공 및 전자를 재결합하여 광을 출사하는 웰층으로 구성된 양자 웰 구조를 가질 수 있다. 활성부(2b)는 또한 웰층의 밴드 갭보다 큰 밴드 갭을 포함하는 장벽층(클래드층)도 포함할 수 있다. 그러나, 활성부(2b)의 구성은 양자 웰 구조에 한정되지 않는다. 발광 가능한 대안의 구조를 적절하게 선택할 수 있다.
반도체부(2c)는, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN 등의 p형의 질화물 반도체로 형성될 수 있다.
발광부(2)는, 피크의 발광 파장이 350nm 내지 600nm의 범위 내인 발광 다이오드일 수 있고, 또는 유사한 특성을 갖는 다른 구성요소일 수 있다.
전극부(3)와 전극부(4)는, 오목부(7a)의 저면과 밀봉부(7)의 단부 사이에 배치되어 있다. 전극부(3)의 한쪽의 단부는 접합부(5)에 전기적으로 접속되고, 접합부(5)에서, 전극부(3)와 반도체부(2a)가 전기적으로 서로 접속되어 있다. 그리고, 전극부(4)의 한쪽의 단부는 반도체부(2c)와 전기적으로 접속되어 있다.
접합부(5)는 전극부(3)와 반도체부(2a) 사이에 형성되어 있다. 접합부(5)는 Cu(구리) 등의 금속 재료로 형성될 수 있다. 또한, 접합부(5)는 본 개시물의 실시 형태에 따라 반드시 필요한 것은 아니다. 그러나, 실시 형태가 제공하고자 하는 목적에 따라 포함되는 것이 이로울 수 있다.
절연부(6)는, 밀봉부(7)에 의해 제공되는 오목부(7a)를 매립하도록 제공된다. 절연부(6)는, 예를 들어 SiO2 등의 무기 재료, 수지 등으로 형성될 수 있다.
밀봉부(7)의 단부는 발광부(2)의 주면 M2 상에 제공되고, 전극부(3)의 단부와 전극부(4)의 단부를 노출시킨다. 밀봉부(7)는 또한 전극부(3) 및 전극부(4)를 밀봉한다. 또한, 밀봉부(7)의 단부는 오목부(7a)를 갖고, 오목부(7a)의 내부에 배치되는 발광부(2) 및 접합부(5)를 밀봉하는 역할을 한다. 또한, 밀봉부(7)과 절연부(6)가 일체적인 구조로 형성될 수 있음을 유의한다.
파장 변환부(8)는 발광부(2)의 주면 M1 상에 제공된다. 파장 변환부(8)는 후술하는 형광체를 함유한다. 또한, 파장 변환부(8)는, 반도체 발광 장치(1)의 제조 동안 결정되는 발광부(2)의 발광 특성(예를 들면, 파장)에 기초하여 결정될 수 있는 형광체의 양의 분포를 갖고 있다. 또한, 형광체의 양의 분포에 관한 상세한 것은 후술한다.
파장 변환부(8)는 형광체가 혼합된 수지를 사용하여 형성될 수 있다. 형광체는 파장 변환을 제공할 수 있는 재료이다. 또한, 파장 변환부(8)는, 80 내지 1000 MPa의 탄성 계수와 쇼어 디 경도계(Shore D hardness scale) 상의 5 내지 90의 경도를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
파장 변환부(8)는 청색광 용으로 440nm 내지 470nm, 녹색광 용으로 500nm 내지 555nm, 황색광 용으로 560nm 내지 580nm, 및 적색광 용으로 600nm 내지 670nm의 피크 발광 파장을 갖는 적어도 하나의 형광체를 포함할 수 있다. 또한, 파장 변환부(8)는 발광 파장의 대역이 380nm 내지 720nm인 형광체를 포함한다.
형광체 재료의 적어도 하나는, 규소(Si), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 게르마늄(Ge), 인(P), 붕소(B), 이트륨(Y), 알칼리 토류 원소, 황화물 원소, 희토류 원소, 또는 질화물 원소이다.
적색의 형광을 발하는 형광체의 재료로서는, 이하의 재료 중 어느 것이든 사용할 수 있다. 그러나, 적색의 형광을 발하는 다른 형광체가 대안으로 적절하게 사용될 수 있다.
Figure 112012073950584-pat00001
녹색의 형광을 발하는 형광체는 이하의 재료의 리스트로부터 선택될 수 있다. 그러나, 녹색의 형광을 발하고 적절하게 대안으로서 사용될 수 있는 다른 형광체가 있다. 이하의 예제의 리스트는 절대 포괄적인 것이 아니다.
Figure 112012073950584-pat00002
청색의 형광을 발하는 형광체는, 예를 들면, 이하의 재료 리스트 중에서 선택될 수 있다. 그러나, 청색의 형광을 발하는 형광체는 다른 추가의 재료 중에서 적절하게 대안으로 선택될 수 있다. 이하의 리스트는 절대 포괄적인 것이 아니다.
Figure 112012073950584-pat00003
황색의 형광을 발하는 형광체는 이하의 예시적인 재료 리스트로부터 선택될 수 있다. 그러나, 황색의 형광을 발하는 형광체는, 다른 추가적인 재료 중에 적절하게 대안으로 선택될 수 있다. 이하의 리스트는 절대 포괄적인 것이 아니다.
Figure 112012073950584-pat00004
황녹색의 형광을 발하는 형광체는 이하의 예시적인 재료 리스트로부터 선택될 수 있다. 단, 황녹색의 형광을 발하는 형광체는, 다른 추가의 재료들 중에 적절하게 대안으로 선택될 수 있다. 이하의 리스트는 절대 포괄적인 것이 아니다.
SrSi2ON2.7: Eu2 +
본 실시 형태에 따르면, 다수 종류의 형광체가 혼합되어 사용될 수 있다. 이 경우, 컬러의 색조(shade)를 바꾸기 위해 다수의 종류의 형광체의 혼합 비율을 바꿀 수 있다. 예를 들면, 이러한 방식으로 색조를 변경함으로써, 푸르스름한 백색광 또는 누르스름한 백색광 등을 출사할 수 있다.
형광체가 혼합되는 수지로서는, 예를 들어 에폭시 수지, 실리콘계 수지, 메타크릴 수지(PMMA), 폴리카르보네이트(PC), 환상 폴리올레핀(COP), 지환식 아크릴(OZ), 알릴 디글리콜 카르보네이트(ADC), 아크릴계 수지, 불소계 수지, 실리콘계 수지와 에폭시 수지의 하이브리드 수지 또는 우레탄 수지, 또는 다른 유사하고 적합한 수지를 예시할 수 있다.
발광부(2)는, 에피택셜 성장법을 사용해서 형성될 수 있다. 그러나, 그 방법이 사용되는 경우, 형성 과정에 있어서 발광부(2)의 두께에 편차가 발생할 수 있다. 그리고, 발광부(2)의 두께에 편차가 발생하면, 발광부(2)로부터 출사되는 광의 파장 또한 변동되게 된다. 그리고, 발광부(2)로부터 출사되는 광의 파장이 변동되면 색도도 대응하여 변동되게 될 것이다.
도 2는, 기판 S 상에 형성된 다수의 발광부에 의해 출사되는 광의 파장의 분포를 예시하는 모식도이다. 또한, 기판 S 상에 형성된 다수의 발광부로부터 출사되는 광의 파장 분포가 모노톤 색의 색조로 표현됨을 유의한다. 파장이 짧을수록 도면에서 어둡게 나타난다. 파장이 길수록 도면에서 밝게 나타난다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기판 S 상의 상이한 위치에서 발광부에 의해 출사되는 광의 파장이 다른 경우가 있다. 이것은, 발광부(2)에 의해 출사되는 광의 파장에 편차가 있음을 의미한다.
여기서, 광의 파장에 편차가 있으면, 색도의 편차가 커진다. 발광부(2)로부터 출사되는 광의 파장의 편차에 기초하여 발광부(2)의 두께 치수를 변화시키기 위해 파장 변환부(8)가 제공된다. 보다 정확하게는, 발광부(2)로부터 출사되는 광에 관련된 정보에 기초한 형광체의 분포량을 가진 파장 변환부(8)가 제공된다.
이어서, 파장 변환부(8)의 두께 치수와 출사된 광의 색도의 편차의 관계에 대해서 예시한다. 도 3a 및 도 3b는 출사된 광의 색도와 파장 간의 관계를 예시하는 그래프이다. 또한, 도 3a는 색도도의 X 좌표값 Cx와 파장 간의 관계를 예시하는 모식적인 그래프이고, 도 3b는 색도도의 Y 좌표값 Cy와 파장 간의 관계를 예시하는 모식적인 그래프임을 유의한다.
도 3a 및 도 3b의 중간에, 파장 변환부의 두께 치수가 100㎛(A 선), 65㎛(B 선), 45㎛(C 선)인 경우의 종속 변수 Cx와 Cy를 도시한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 데이터는, 파장 변환부에 포함되는 형광체의 양의 비율이 균일함에 기초한다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 긴 파장의 경우, X 좌표값 Cx와 Y 좌표값 Cy는 둘 다 저하한다. 도시된 파장의 경우, 발광부(2)에 의해 출사되는 광의 파장이 변동되면 색도의 변동도 수반됨을 알 수 있다.
또한, 파장 변환부(8)의 두께 치수가 얇아지면, 색도도의 X 좌표값 Cx 및 Y 좌표값 Cy가 둘 모두 상응하여 저하한다. 이것은, 파장 변환부(8)에 포함되는 형광체의 양을 적게 하면 색도도의 X 좌표값 Cx 및 Y 좌표값 Cy를 저하시킬 수 있음을 의미하는 것으로 이해된다. 보다 정확하게는, 발광부(2)에 의해 출사되는 광의 파장에 기초하는, 파장 변환부(8)에 포함되는 형광체의 양을 제어하면, 색도의 편차를 억제할 수 있다.
예를 들어, 도 3a 및 도 3b의 A, B, C를 참조해보면, 짧은 파장(도면 중의 좌측)의 광을 출사하는 파장 변환부(8)에 포함되는 형광체의 양을 적게 해서 값 Cx 및 값 Cy를 저하시키면, 이러한 저하는 긴 파장(도면 중의 우측)의 광을 출사하는 발광부(2)에서 발생하는 값 Cx 및 값 Cy의 편차를 최소화하는 데 사용될 수 있다.
그로 인해, 파장 변환부(8)에 있어서, 짧은 파장의 광이 출사되는 형광체의 양이 긴 파장의 광이 출사되는 형광체의 양보다 적게 되도록 형광체의 양의 분포를 제공함으로써, 색도의 편차를 줄일 수 있다.
예를 들어, 도 1에 도시된 파장 변환부(8)와 같이, 발광부(2)로부터 출사되는 광의 파장에 기초하여 두께 치수를 변화시킴으로써 형광체의 양의 분포를 제공하여, 색도의 편차를 줄일 수 있다. 따라서, 형광체의 분포 양이 커질수록 파장 변환부(8)의 영역이 두꺼워질 뿐만 아니라, 형광체의 분포 양이 줄어들수록 파장 변환부(8)의 영역이 얇아지며, 이것은 형광체의 양과 파장 변환부(8)의 두께 간의 상관관계를 제공한다.
색도 차 ΔCx는 짧은 파장 측에서의 값 Cx와 긴 파장 측에서의 값 Cx 간의 차를 지칭한다. 색도 차 ΔCy는 짧은 파장 측에서의 값 Cy와 긴 파장 측에서의 값 Cy 간의 차를 지칭한다. 본 실시 형태에서는, 색도 차 ΔCx 및 색도 차 ΔCy가 각각 약 0.015 이하가 되도록 형광체의 양을 결정 및 설정할 수 있다.
형광체의 양을 변화시키면, 색도 차 ΔCx 및 색도 차 ΔCy가 함께 변화함을 유의한다. 또한, 색도 차 ΔCx와 색도 차 ΔCy 중 어느 하나가 약 0.015 이하로 변경되도록 형광체의 양을 선택하는 것도 가능하다.
이 경우, 적어도 인접하는 2개의 발광부(2)와 관련된 색도 차 ΔCx 및 색도 차 ΔCy를 약 0.015 이하로 설정하는 것이 유익하다. 다수의 발광부(2)가 제공되는 경우, 각 영역의 색도 차 ΔCx 및 색도 차 ΔCy가 약 0.015이도록 영역을 정하는 것이 좋다. 이러한 방식으로, 정해진 영역마다 형광체의 양을 결정할 수 있다.
이와 같이 함으로써, 파장 변환부(8)는, 각 위치의 두께 치수에 의해 각 위치에서 결정되는, 변화된 양의 형광체를 갖는다.
이러한 종류의 파장 변환부(8)는, 그 위치에서 발광부(2)로부터 출사되는 광의 특성(예를 들어, 발광부(2)로부터 출사되는 광의 파장)에 기초하여 각종 위치에서의 파장 변환부(8)의 표면의 일부를 제거함으로써 형성된다. 형광체가 혼합된 상이한 양의 수지를 상이한 위치에 도포하는 것이 동일한 결과를 얻을 수 있는 대안의 방법일 수 있다.
투명 수지부(9)는, 상이한 위치에서 두께를 달리하면서 파장 변환부(8) 위에 제공된다. 두께는 파장 변환부(8)의 두께 치수에 기초하여 결정된다. 좀 더 상세하게 설명하면, 파장 변환부(8)의 두께 치수가 작아지는 부분에서는, 추가의 투명 수지부가 제공되고, 반대로, 변환부의 두께가 증가되는 부분에서는 적은 양의 투명 수지부(9)가 제공된다.
이러한 구성을 이용하여, 주면 M1 위의 전체 위치에서 균일한, 투명 수지(9)와 파장 변환부(8)의 조합된 두께 치수 T가 있을 수 있다. 따라서, 투명 수지부(9)의 상부 표면에는 실질적으로 평편하고 평활한 표면이 제공된다.
투명 수지(9)와 파장 변환부(8)의 실질적으로 균일한 두께 치수 T를 제공하는 이러한 제조 방식에 따르면, 공기가 인입할 수 있는 공간을 줄인다. 이것은, 예를 들면, 반도체 장치 칩 마운터 또는 다른 유사한 장치에 의한 픽업 동안 발생하는 공기 인입 문제를 완화시킬 수 있다. 따라서, 보다 확실하게 흡착 및 픽업을 수행하는 것이 가능하게 되어, 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 투명 수지(9)와 파장 변환부(8)의 균일한 조합된 두께 T가 있다는 사실로 인해, 반도체 발광 장치(1)의 픽업 표면이 불규칙적인 표면이 아니라 실질적으로 평편하다. 그러므로, 파장 변환부(8)의 두께 치수에 기초하여 픽업 위치를 결정할 필요가 없다. 이 이유로 인해, 생산 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 파장 변환부(8)에 비해, 적어도 탄성 계수에 있어서 더 높은 값 및/또는 더 높은 쇼어 경도 값을 포함하는 투명 수지부(9)가 제공된다. 구체적으로, 투명 수지부(9)는 파장 변환부(8)에 비해, 약 150MPa 이상인 탄성 계수 및/또는 약 45 이상의 쇼어 D 경도를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 투명 수지부(9)를 형성함으로써, 반도체 발광 장치(1)의 이송에서의 릴리즈(release) 실패로 인한 반도체 발광 장치(1)의 회수(take-back)를 최소화할 수 있다. 예를 들면, 반도체 발광 장치(1)를 이송하는 데에 칩 마운터가 사용되는 경우, 마운터의 진공 포트(들)와 반도체 발광 장치(1) 사이에 강한 접착력이 발생되고, 반도체 발광 장치(1)는 진공 포트(들)에 의해 흡착된다. 마운터의 흡착(예를 들면, 흡입)이 중지되어도, 반도체 발광 장치(1)는 계속 부착되어 있고, 이는 반도체 장치(1)가 마운터에 유지되어 픽업 위치로 반송(return)되게 할 수 있다.
릴리즈 실패의 원인은, 마운터에 의해 흡착되는 투명 수지부(9)의 탄성 계수 및/또는 경도에 기인한다. 이것은, 탄성 계수가 150MPa 미만이고 쇼어 D 경도가 45 미만인 경우 종종 발생한다. 본 실시 형태에서는, 탄성 계수가 적어도 150MPa이고 쇼어 D 경도가 45 이상이기 때문에, 이러한 릴리즈 실패가 방지될 수 있다.
다음으로, 또 다른 양태에서, 투명 수지부(9)에 사용되는 수지는 파장 변환부(8)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖도록 제공된다. 투명 수지부(9)를 형성하는 수지가 파장 변환부(8)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가질 경우, 수지는, 투명 수지부(9)가 사용되지 않아 파장 변환부(8)가 공기에 노출되는 경우의 굴절률 차와는 대조적으로, 반도체 발광 장치(1)에서의 굴절률 차를 작게 할 수 있다. 그러나, 파장 변환부(8)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 투명 수지부(9)를 제공함으로써, 반도체 발광 장치(1)의 광 추출 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
이 경우, 휘도가 높고 파장이 짧은 경우(예를 들면, 청색광에서부터 자외선까지의 파장), 발광부(2)에 의해 출사되는 광은 파장 변환부(8)의 수지를 열화시킬 수 있다. 그러므로, 파장 변환부(8)의 수지는, 청색광 등에 의한 이러한 열화가 발생하기 어려운 재료로 이루어질 수 있다.
청색광 등에 의한 열화가 발생하기 어려운 수지로서는, 예를 들어 메틸페닐실리콘, 디메틸실리콘, 및 메틸페닐실리콘과 에폭시 수지를 포함하는 하이브리드 수지 등을 예시할 수 있다. 그러나, 다른 적합한 수지가 본 개시물에 따라 대안으로 사용될 수 있다. 다행히, 이러한 수지를 사용하는 것은 발광부(2)에 의해 출사되는 광에 의해 야기되는 열화를 방지할 뿐만 아니라, 외부 요인에 의해 파장 변환부(8)의 표면의 열화 또는 변색을 방지하는 보호막을 제공한다.
이제, 본 실시 형태의 반도체 장치의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 4a 내지 도 4e 및 도 5a 내지 도 5d는 본 실시 형태의 반도체 발광 장치의 제조 방법과 관련된 공정의 단계를 예시하는 단면도이다. 도 5a 내지 도 5d는 도 4a 내지 도 4e에 도시된 스텝 후에 일어나는 스텝들에 대응하는 공정 단면도임을 유의한다.
우선, 도 4a에 도시된 바와 같이, 사파이어, 실리콘 등으로 이루어지는 기판(100) 위에, 반도체부(2a), 활성부(2b) 및 반도체부(2c)를 이 순서대로 형성한다(스텝 S1). 이 스텝의 결과, 기판(100) 위에 복수의 발광부(2)를 형성한다.
이 경우, 공지된 스퍼터링법이나 기상 에피텍셜법 등을 사용해서 이 구성요소들을 성막할 수 있다. 사용될 수 있는 기상 에피텍셜법으로서는, 예를 들어 유기금속 화학 증착(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법, 수소화물 기상 에피텍셜(HVPE: Hydride Vapor Phase Epitaxy)법, 및 분자선 에피텍셜(MBE: Molecular Beam Epitaxy)법 등을 예시할 수 있다.
다음으로, 리소그래피법이나 에칭법 등의 공지된 기법을 사용하여, 반도체부(2a), 활성부(2b) 및 반도체부(2c)의 형상을 형성할 수 있다.
다음 스텝은, 도 4b에 도시된 바와 같이, 접합부(5)와 절연부(6)를 형성하는 것이다(스텝 S2). 이 경우, 진공 증착법이나 스퍼터링법 등의 물리적 증착(PVD: Physical Vapor Deposition)법, 각종 화학적 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)법, 리소그래피법, 에칭법 등의 기법들 중 하나 또는 조합에 의해 접합부(5)와 절연부(6)를 형성할 수 있다.
다음 스텝은, 도 4c에 도시된 바와 같이, 전극부(3)와 전극부(4)를 형성하는 것이다(스텝 S3). 이 경우, 진공 증착법이나 스퍼터링법 등의 PVD법, 각종 CVD법, 리소그래피법, 에칭법 등의 기법들 중 하나 또는 조합에 의해 전극부(3)와 전극부(4)를 형성할 수 있다.
다음 스텝은, 도 4d에 도시된 바와 같이, 밀봉부(7)가 되는 층(17)을 형성하는 것이다(스텝 S4). 이 경우, 진공 증착법이나 스퍼터링법 등의 PVD법, 각종 CVD법, 리소그래피법, 에칭법 등을 포함할 수 있는 기법들 중 하나 또는 조합에 의해 밀봉부(7)가 되는 층(17)을 형성할 수 있다.
다음 스텝은, 도 4e에 도시된 바와 같이, 이와 같이 해서 형성된 구조체로부터 기판(100)을 박리하는 것이다. 이러한 방식으로, 기판(100)이 박리되고 버려진다(스텝 S5). 사파이어 등이 기판(100)에 사용되는 경우, 레이저 제거 기법 등을 사용해서 기판(100)으로부터 적층체를 박리하도록 할 수 있다. 기판(100)에 실리콘이 사용되는 경우, 에칭법 등을 사용해서 기판(100)으로부터 적층체를 박리할 수 있다. 도 4e는 구조체가 박리되기 전에 구조체가 반전된 경우를 나타냄을 유의한다.
다음 스텝은, 도 5a에 도시된 바와 같이, 전극부(3) 및 전극부(4)를 노출시키기 위해 층(17)의 표면을 연마 가공하는 것이다(스텝 S6). 이러한 방식으로 연마 가공함으로써, 밀봉부(7)가 형성된다.
다음 스텝은, 형성된 발광부(2)마다 발광부(2)에 의해 출사되는 광의 파장을 결정하는 것이다(스텝 S7).
이어서, 각 장소에서 측정된 광의 파장에 기초하여 파장 변환부(8)의 각종 위치마다 형광체의 양의 분포를 구한다(스텝 S8). 이 경우, 도 2, 및 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 광의 파장, 형광체의 양 또는 색도의 편차 간의 상관관계를 실험이나 시뮬레이션 등에 의해 미리 구해 두고, 이 상관관계에 기초하여 형광체의 양의 분포를 산출하는 것이 가능하다.
그리고, 스텝 S8에서 산출된 형광체의 양의 분포에 기초하여 파장 변환부(8)를 형성한다(스텝 S9).
일례에서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 발광부(2)의 모든 주면 M1 상에 제1 파장 변환층(18a)을 형성하고, 구해진 형광체의 양에 기초하여 제2 파장 변환층(18b)을 개별적으로 형성한다. 보다 정확하게는, 발광부(2)의 주면 M1 상에 구해진 형광체의 양의 분포에 기초하여, 형광체가 혼합된 한 층 이상의 수지층을 도포함으로써 파장 변환부(8)를 개별적으로 형성한다.
도 5c는 도 5b에 도시된 예에 대안인 스텝을 이용하는 파장 변환부(8)의 형성을 도시한다. 도 5c에서 알 수 있는 바와 같이, 발광부(2)의 모든 주면 M1 상에 파장 변환층(48)을 형성하고, 장소마다 구해진 형광체의 양에 기초하여 파장 변환층(48)의 두께 치수를 상이한 위치에서 변화시킨다. 보다 정확하게는, 발광부(2)의 모든 주면 M1 상에 형광체가 혼합된 수지를 도포함으로써 파장 변환부(8)를 형성하고, 각 장소에 필요한 형광체의 양에 기초하여 파장 변환층(48)의 두께 치수를 변화시킨다. 출사되는 파장 때문에 소정의 위치에서, 보다 적은 형광체가 요구되는 경우, 두께가 증가한다. 또한, 파장 변환부(8)는 도 5b 및 도 5c에 설명된 2개의 기법의 조합에 의해 형성될 수도 있다.
발광부(2)의 모든 주면 M1 상에 파장 변환층(48)을 형성하는 스텝에서는, 수지를 성막하기 위해, 예를 들어 스퀴지 인쇄법, 압축 몰드법, 임프린트법, 디스펜스법, 잉크젯법, 에어로졸법 등의 도포 방법을 사용할 수 있다.
구조체 상의 복수의 일부분 상에 파장 변환층(48)을 개별적으로 형성하는 경우에는, 디스펜스법, 잉크젯법, 에어로졸법 등의 도포 방법을 사용할 수 있다.
파장 변환부의 두께 치수를 변화시키기 위해서는, 도 4c에 도시된 바와 같이, 지석(101)(polishing device)(예를 들어, 숫돌)을 사용하여 성막된 수지를 선택적으로 제거할 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 상술한 가공법을 사용하여 형성된 후의 파장 변환부의 구조를 예시하는 모식적인 단면도이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 가변적인 두께의 파장 변환층(8a)의 표면을 계단 형상을 갖도록 가공할 수 있다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 가변적인 두께의 파장 변환층(8b)의 표면을 곡면 형상을 갖도록 형성할 수 있다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 가변적인 두께의 파장 변환층(8c)의 표면을 경사처럼 형성할 수 있다. 도 6d에 도시된 바와 같이, 가변적인 두께의 파장 변환층(8d)의 표면을 높은 종횡비를 갖고 표면이 불규칙적이도록 형성할 수 있다.
파장 변환부의 표면 형상이 예시된 패턴에 한정되지 않으며, 다른 적절한 형상이 가능함을 유의한다.
다음 스텝은, 파장 변환부(8)를 형성한 후, 각 발광부(2)의 색도의 편차를 결정하는 것이다. 이러한 측정은, 바람직하지 않은 색도의 편차를 계속 나타내는 파장 변환부의 영역들을 드러내어, 추가의 조정을 통해 편차를 없앨 수 있도록 행해진다. 편차를 없애기 위해, 특정 영역에 형광체가 혼합된 수지를 선택적으로 도포하는 것, 또는 필요한 영역에 파장 변환부의 두께 치수를 선택적으로 얇게 하는 것을 포함하는 기법이 사용될 수 있다. 또한, 필요에 따라, 이 단계에서는, 전극부(3) 및 전극부(4)의 단부에 땜납 범프 등을 형성할 수 있다.
도 5d를 참조해보면, 다음의 스텝은 파장 변환부(8)의 두께의 변동에 따라 투명 수지(9)를 형성하는 것이다(스텝 S10). 이 경우, 도 5d에 도시된 바와 같이, 파장 변환부(8)의 두께가 더 얇은 곳에서는 더 많은 양의 투명 수지(9)가 도포되고, 파장 변환부(8)의 두께가 더 두꺼운 곳에서는 더 작은 양의 투명 수지(9)가 도포된다. 이러한 방식으로, 파장 변환부(8)와 투명 수지(9)의 실질적으로 균일한 두께 치수를 갖는 것이 가능하게 된다.
예를 들어, 투명 수지를 도포하기 위해, 스핀 코팅법, 스퀴지 인쇄법, 압축 몰드법, 임프린트법, 디스펜스법, 잉크젯법, 에어로졸법 등의 도포 방법을 사용할 수 있다.
이어서, 필요에 따라, 구조체를 단일의 발광부(2)로 분할하거나, 다수의 발광부(2)를 갖는 구조체(들)로 분할하는 분할을 행한다. 분할에 의해, 반도체 장치는 한 부분의 발광부(2)를 가질 수도 있고, 또는 다수의 발광부(2)를 가질 수도 있다. 이 경우, 블레이드 다이싱법(blade dicing technique) 또는 다른 적절한 다이싱법을 이용하여 분할을 수행하는 것이 가능하다.
이상, 본 실시 형태에 따르면, 광을 출사하는 발광부(2), 발광부(2)의 주면 상에 제공되는 파장 변환부(8)가 제공된다. 파장 변환부(8)는 형광체를 포함하고, 투명 수지(9)는, 파장 변환부(8)의 두께 치수에 좌우되는 가변 두께를 갖도록 파장 변환부(8) 상에 제공된다. 또한, 투명 수지(9)는, 파장 변환부(8)보다 큰 탄성 계수 및/또는 쇼어 경도를 갖도록 형성된다.
이에 의해, 칩 마운팅을 행할 때에, 예를 들어 반도체 장치를 픽업할 때에, 흡착 표면에서 공기가 인입할 수 있는 공간을 줄일 수 있다. 따라서, 흡착 공정이 보다 확실할 수 있다. 이러한 방식으로, 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 반도체 장치를 실장할 때에, 릴리즈 실패의 발생을 최소화함으로써 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 파장 변환부(8)와 투명 수지(9)의 조합된 두께가 실질적으로 균일하기 때문에, 반도체 발광 장치의 픽업 표면으로서 사용가능한, 평편하고 평활한 넓은 표면적을 가질 수 있다. 이 때문에, 두께 치수에 맞춰서 특정 픽업 위치를 결정할 필요가 없고, 이는 또한 생산 효율을 향상시키는 것을 용이하게 한다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 투명 수지(9)는 파장 변환부(8)보다 작은 굴절률을 갖는 재료를 사용한다.
이에 의해, 공기와 파장 변환부(8)의 굴절률 간의 차에 비해, 구조체의 굴절률 간의 차를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서는, 다수의 발광부를 포함하는 멀티 칩형의 반도체 발광 장치에 대해 예시했지만, 본 개시물은 또한 단 1개의 발광부를 갖는 반도체 발광 장치에 대해서도 적용이 가능함을 유의한다.
본 실시 형태에서, 파장 변환부(8)는 발광부(2) 상에 형성되었지만, 광을 출사하는 발광부(2)와 파장 변환부(8) 사이에 광 투과를 허용하는 접착제층(adhesive layer)을 제공하는 것도 유익하다. 이 때문에, 발광부(2)에 의해 출사되는 청색광이 접착제층으로부터 투과된다. 또한, 황색 형광체가 사용되는 경우, 황색 링(yellow ring)의 형성이 억제될 수 있어 실질적으로 균일한 백색광을 갖는 것이 가능하게 된다.
접착제층을 형성하는 데 사용되는 무기 재료로는, 유리, 석영 및 알루미륨 산화물 등의 각종 산화물, 실리콘 질화물 등의 각종 질화물, 및 마그네슘 불화물 등의 각종 불화물이 있다. 대안으로, 접착체층을 형성하는 데 사용될 수 있는 유기 재료로는, 아크릴, 에폭시, 폴리카르보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 실리콘계 수지 등이 있다. 무기 재료가 사용되는 경우, 발광부(2)와 파장 변환부(8) 간의 접착을 향상시킬 수 있음을 유의한다.
접착체층은 발광부(2)의 굴절률와 파장 변환부(8)의 굴절률 사이인 굴절률을 포함하도록 제공된다. 이에 의해, 광의 추출 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 보다 정확하게는, 이러한 굴절률을 갖도록 접착체층을 구성함으로써, 발광부(2)의 광 추출 표면 상에서의 발광부(2)에 의해 출사되는 광의 전반사를 피할 수 있다. 그 결과, 발광부(2)에 의해 출사되는 광의 회수 효율(retrieving efficiency)이 향상될 수 있다.
몇몇 실시 형태들이 설명되었지만, 이 실시 형태들은 단지 예로서 제시된 것이며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에 기재된 신규의 실시 형태는 각종 다른 형태로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시 형태의 형태에서의 각종 생략, 대체 및 변경이 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 행해질 수 있다. 첨부된 특허청구범위 및 그 균등물은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 한 이러한 형태 또는 변형을 포함하려는 것이다.
1 : 반도체 발광 장치, 2 : 발광부, 2a :반도체부, 2b: 활성부, 2c : 반도체부, 3, 4 : 전극부, 5 : 접합부, 6 : 절연부, 7 : 밀봉부. 7a : 오목부, 8 : 파장 변환부, 9 : 투명 수지부

Claims (17)

  1. 반도체 발광 장치로서,
    제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상에 형성된 활성 영역 및 상기 활성 영역 상에 형성된 제2 반도체층을 포함하는 발광부,
    상기 제1 반도체층의 표면 상에 제공되는 파장 변환부 - 상기 파장 변환부는 형광체(phosphor)가 혼합된 수지를 포함하고, 상기 수지는 상기 발광부 간의 파장 방출 특성들의 차에 기초하여 가변 두께를 가짐 -, 및
    상기 파장 변환부 위에 제공되는 투명 수지
    를 포함하고,
    상기 투명 수지는 상기 파장 변환부보다 큰 쇼어 경도(Shore hardness)를 갖고, 상기 파장 변환부의 가변 두께에 기초하여 가변 두께를 가지며,
    상기 수지는, 상기 파장 변환부와 상기 투명 수지의 조합된 두께가 반도체 발광 장치 전체에 걸쳐 일정하도록 형성되어 있는, 반도체 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투명 수지는 45 초과의 쇼어 D 경도를 갖는, 반도체 발광 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 파장 변환부의 두께는 상기 파장 변환부 내의 형광체의 양에 대응하는, 반도체 발광 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 투명 수지는 상기 파장 변환부의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는, 반도체 발광 장치.
  7. 반도체 발광 장치로서,
    제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상에 형성된 활성 영역 및 상기 활성 영역 상에 형성된 제2 반도체층을 포함하는 발광부,
    상기 제1 반도체층의 표면에 결합되고 가변 두께를 갖는 파장 변환부 - 상기 파장 변환부는 형광체(phosphor)가 혼합된 수지를 포함하고, 상기 수지는 상기 발광부 간의 파장 방출 특성들의 차에 기초하여 가변 두께를 가짐 -, 및
    상기 파장 변환부 위에 제공되는 투명 수지
    를 포함하고,
    상기 투명 수지는 상기 파장 변환부의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖고, 상기 파장 변환부의 가변 두께에 기초하여 가변 두께를 가지며,
    상기 수지는, 상기 파장 변환부와 상기 투명 수지의 조합된 두께가 반도체 발광 장치 전체에 걸쳐 일정하도록 형성되어 있는, 반도체 발광 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 투명 수지는 상기 파장 변환부보다 큰 탄성 계수(modulus of elasticity)를 갖는, 반도체 발광 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 투명 수지는 상기 파장 변환부보다 큰 쇼어 경도를 갖는, 반도체 발광 장치.
  10. 삭제
  11. 반도체 발광 장치를 제조하는 방법으로서,
    기판 상에 제1 반도체층을 형성하고, 상기 제1 반도체층 상에 활성 영역을 형성하고, 상기 활성 영역 상에 제2 반도체층을 형성함으로써, 다수의 발광부를 형성하는 단계,
    상기 기판을 제거하는 단계,
    상기 제1 반도체층 위에 형광체가 혼합된 수지를 도포함으로써 파장 변환부를 형성하는 단계 - 상기 수지는, 상기 다수의 발광부 간의 파장 방출 특성들의 차에 기초하여 가변 두께를 갖도록 도포됨 -, 및
    상기 파장 변환부 위에 투명 수지를 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 투명 수지는 상기 파장 변환부의 가변 두께에 기초하여 가변 두께를 가지며,
    상기 수지는, 상기 파장 변환부와 상기 투명 수지의 조합된 두께가 반도체 발광 장치 전체에 걸쳐 일정하도록 형성되어 있는, 반도체 발광 장치의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서, 상기 파장 변환부 위에 투명 수지를 형성하는 단계는, 상기 파장 변환부보다 큰 쇼어 경도를 갖는 투명 수지를 형성하는 단계를 포함하는, 반도체 발광 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 투명 수지는 45 초과의 쇼어 D 경도를 갖는, 반도체 발광 장치의 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 제11항에 있어서,
    상기 다수의 발광부 각각에 의해 출사되는 광의 파장을 결정하는 단계, 및
    상기 다수의 발광부 각각에 의해 출사되는 광의 결정된 파장에 기초하여 상기 파장 변환부의 수지 내의 형광체의 양의 분포를 결정하는 단계
    를 더 포함하고, 상기 파장 변환부의 가변 두께는 상기 파장 변환부 내의 형광체의 양에 대응하는, 반도체 발광 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 투명 수지를 형성하는 단계는, 상기 파장 변환부보다 낮은 굴절률을 갖는 상기 투명 수지를 형성하는 단계를 포함하는, 반도체 발광 장치의 제조 방법.
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