KR101609012B1 - 복사 방출 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
복사 방출 소자는 캐리어, 캐리어 상에 배치되며, 전자기 복사의 생성을 위한 활성층 및 복사 출사면을 구비한 반도체칩, 상기 반도체칩의 전기 접촉을 위한 제1 및 제2접촉 구조물, 상기 반도체칩이 제1접촉 구조물과 전기 전도적으로 결합할 때 경유하는 제1접촉층 및 상기 반도체칩이 제2접촉 구조물과 전기 전도적으로 결합할 때 경유하는 제2접촉층, 상기 반도체칩상에 배치되어 일반식(I)의 유기 폴리머를 함유하는 패시베이션층을 포함하고, 잔기 R1 내지 R16은 각각 서로에 대해 독립적으로 H, CH3, F, Cl 또는 Br일 수 있고, n의 값은 10 내지 500,000인 것을 특징으로 한다.
Description
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2008 057350.7의 우선권을 청구하고, 그 공개 내용은 참조로 포함된다.
특허청구범위 제1항에 따른 복사 방출 소자가 제공된다.
복사 방출 소자에 있어 널리 알려진 문제는 소자의 효율적 봉지부 형성이다. 봉지를 위해 사용되어야 할 물질은 한편으로는 예를 들면 산, 알칼리, 가스 및 수증기에 대한 매우 양호한 장벽 효과를 가져야하고, 그와 동시에 매우 얇은 동형의 층을 형성해야 하며, 소자로부터 방출된 복사에 대해 투명해야 한다.
본 발명의 실시예의 과제는 예를 들면 산, 알칼리, 가스 및 수증기에 대한 매우 양호한 장벽 효과를 가지면서 그와 동시에 소자로부터 방출된 복사에 대해 투명한 패시베이션층을 포함하는 복사 방출 소자를 제공하는 것이다.
이러한 과제는 특허청구범위 제1항에 따른 복사 방출 소자에 의하여 해결된다. 복사 방출 소자 및 복사 방출 소자의 제조 방법에 대한 부가적인 실시예는 다른 청구항들의 주제이다.
본 발명의 실시예는 캐리어, 캐리어 상에 배치되며 전자기 복사의 생성을 위한 활성층 및 복사 출사면을 구비한 반도체칩, 상기 반도체칩의 전기 접촉을 위한 제1 및 제2접촉 구조물, 상기 반도체칩이 상기 제1접촉 구조물과 전기 전도적으로 결합할 때 경유하는 제1접촉층 및 상기 반도체칩이 상기 제2접촉 구조물과 전기 전도적으로 결합할 때 경유하는 제2접촉층, 그리고 상기 반도체칩 상에 배치된 패시베이션층을 포함하는 복사 방출 소자에 관한 것으로, 상기 패시베이션층은 일반식(I)
을 가지는 유기 폴리머를 포함하거나 그것으로 구성되고, 잔기 R1 내지 R16은 서로에 대해 독립적으로 H, CH3, F, Cl 또는 Br일 수 있고, n의 값은 10 내지 500,000이다.
앞서 기술한 식의 유기 폴리머를 포함하는 패시베이션층은 양호한 소수적(hydrophobic) 및 화학적 저항성을 가진다. 패시베이션층은 예를 들면 산, 알칼리, 가스 및 수증기에 대해 양호한 장벽 효과를 가진다. 또한, 패시베이션층은 소자로부터 방출된 복사에 대해 투명하다. 패시베이션층의 또 다른 이점은 매우 얇고 동형의 층들을 형성할 수 있다는 것이다. 또한, 패시베이션층은 양호한 내온도성을 가진다. 패시베이션층은 예를 들면 마모와 같은 기계적 부하에 대해서도 양호한 저항성을 가진다. 이러한 특성에 의해, 패시베이션층으로 코팅된 복사 방출 소자의 부분들은 환경 영향으로부터 매우 양호하게 보호된다.
복사 방출 소자의 다른 실시예에서, 각각 R1, R2, R7, R8, R9, R10, R15, R16은 H를 나타낸다.
본 발명의 다른 실시예에서, n의 값은 100 내지 100,000이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 각각 1개 또는 2개의 잔기, 즉 한편으로는 R3 내지 R6, 다른 한편으로는 R11 내지 R14는 CH3, F, Cl, Br이다. 바람직하게는, 방향족에 2개의 잔기가 있는 경우, 동일한 잔기를 가리킨다.
상기 식을 가진 유기 폴리머는 환경 영향에 대해 매우 양호한 장벽 효과를 가진다. 이와 동시에, 소자 상에서 매우 얇고 동형의 패시베이션층들을 형성할 수 있다.
다른 실시예에서, 패시베이션층은 식:
의 유기 폴리머를 포함한다.
이러한 유기 폴리머를 포함한 패시베이션층은 매우 양호한 유전 강도를 가지고, 이때 부가적으로 유전 상수(dielectric constant)는 전기장의 주파수와 독립적이다. 또한, 이러한 유기 폴리머를 포함한 패시베이션층을 이용하면 특히 동형의 층들이 형성될 수 있다. 이러한 물질을 이용하여 작은 공간, 틈, 모서리가 매우 양호하게 채워질 수 있다. 패시베이션층은 폴리머의 유전 상수 및 낮은 유전 손실 인자에 의해 절연층으로서 매우 잘 맞는다.
다른 실시예에서, 패시베이션층은 식:
의 유기 폴리머를 포함한다.
앞의 유기 폴리머를 포함한 패시베이션층은 매우 양호한 전기적 및 물리적 특성을 가진다. 그러므로, 패시베이션층은 습기 및 가스에 대해 매우 양호한 장벽 효과를 가진다. 이러한 유기 폴리머를 포함하는 패시베이션층은, 이에 대응하되 염소 원자를 포함하지 않은 유기 폴리머에 비해, 상기 층이 적층되는 표면 상에 더 신속하게 부착된다.
복사 방출 소자의 다른 실시예에서, 패시베이션층은 식:
의 유기 폴리머를 포함한다.
유기 폴리머를 포함하되 상기 유기 폴리머의 방향족이 2개의 염소 원자를 가지는 경우의 패시베이션층은, 유기 폴리머가 방향족을 포함하고 상기 방향족이 1개의 염소 원자만을 가지거나 염소 원자를 전혀 가지지 않은 경우의 패시베이션층에 비해, 더 큰 열 안정성을 가진다.
복사 방출 소자의 다른 실시예에서, 패시베이션층은 적어도 일부 영역들에서 소자의 최외부층을 나타낸다.
패시베이션층의 매우 양호한 장벽 특성에 의해, 복사 방출 소자는 상기 패시베이션층을 이용하여 외부에서 예를 들면 가스 또는 수증기와 같은 환경 영향이나 화학적인 응집 매질로부터 봉지될 수 있다. 이때, 패시베이션층은 소자의 외부층을 나타낼 수 있다.
외부층이란, 예를 들면, 적어도 일부 영역들에서 포개어져 배치된 복수 개의 수평층들로 이루어진 층 시퀀스에서 최상부층 또는 최하부층을 나타내는 층으로 이해할 수 있다. 다른 층들 사이에 배치되고 수직 측면에서만 외부와 접촉하는 층은 외부층이 아니다.
복사 방출 소자의 다른 실시예에서, 패시베이션층은 복사 출사면 상에 배치된다.
이러한 실시예에서, 층 두께는 100 nm 내지 2000 nm의 범위에 있고, 바람직하게는 200 nm 내지 1000 nm의 범위에 있을 수 있다.
패시베이션층의 투명도에 의해, 패시베이션층은 반도체칩의 복사 출사면 상에 적층될 수 있다. 따라서, 반도체칩은 패시베이션층에 의해 환경 영향으로부터 봉지될 수 있다.
소자의 다른 실시예에서, 패시베이션층은 복사 출사면 상에 직접 배치된다.
복사 출사면 상에 직접 배치된다는 것은, 패시베이션층과 반도체층 사이의 적어도 일부 영역들에서는 다른 간극층이 없다는 것을 의미할 수 있다. 패시베이션층의 매우 양호한 장벽 특성에 의해, 다른 장벽층들은 생략될 수 있다. 이점은 패시베이션층이 매우 얇고 매우 동형인 층으로서 형성될 수 있다는 특성과 조합하여, 매우 평편한 소자를 구현할 수 있다.
복사 방출 소자의 다른 실시예에서, 반도체칩의 복사 출사면 상에 적어도 하나의 광학 부재가 배치된다.
광학 부재에 의해, 반도체칩으로부터 방출된 복사는 예를 들면 공간적으로 방향 전환되거나 그 파장이 변형될 수 있다.
복사 방출 소자의 다른 실시예에서, 광학 부재는 변환층 또는 필터를 포함한다.
변환층에서는 반도체칩으로부터 방출된 복사의 파장이 변형될 수 있다. 이러한 점은 예를 들면 방출된 복사의 특정한 파장 영역에서만 발생할 수 있다. 상기 변형은 예를 들면 변환 물질에 의한 복사의 흡수를 통해 일어날 수 있으며, 변환 물질은 복사를 다시 다른 파장으로 방출한다. 필터는 예를 들면 각도 필터 또는 모서리 필터를 가리킬 수 있다.
복사 방출 소자의 다른 실시예에서, 패시베이션층은 적어도, 반도체칩과 방향을 달리하는 광학 부재의 표면의 일부 영역들에 배치된다.
이러한 실시예에서, 반도체칩뿐만 아니라 부가적으로 반도체칩상에 배치된 광학 부재도 패시베이션층에 의해 봉지된다. 이를 통해, 반도체칩뿐만 아니라 광학 부재도 환경 영향으로부터 보호된다. 또한, 부가적으로 반도체칩과 광학 부재 사이에 균형층이 배치되는 실시예도 고려할 수 있다. 균형층은 패시베이션층의 특수 형태를 나타내고, 패시베이션층과 동일한 물질을 포함한다. 균형층은 예를 들면 반도체칩의 표면을 곧게 하는 역할을 할 수 있다.
복사 방출 소자의 다른 실시예에서, 패시베이션층은 제1접촉 구조물을 제2접촉 구조물과 전기적으로 절연시킨다.
유기 폴리머의 양호한 전기 절연 특성에 의해, 패시베이션층은 전기 절연체로서 사용될 수 있다. 이때, 예를 들면 제1접촉 구조물은 제2접촉 구조물에 대해 전기적으로 절연될 수 있다.
복사 방출 소자의 다른 실시예에서, 패시베이션층은 제1접촉 구조물에 대하여 제2접촉층을 전기적으로 절연시킨다.
유기 폴리머 및 패시베이션층은 매우 양호한 전기 절연 특성을 가질 뿐만 아니라 상기 층을 이용하여 매우 얇고 동형의 층을 형성할 수 있으므로, 패시베이션층을 이용하면 작은 간극이 메워질 수 있다. 또한, 접촉층들은, 패시베이션층으로 형성된 저부에 걸쳐 램프형(ramp-shaped)으로 이어질 수 있다. 램프형이란, 접촉층과 상기 접촉층 상부에 이어진 다른 층 사이의 간극이 형성되는 일 없이, 상기 접촉층이 다른 층의 상부에 직접적으로 이어진다는 것을 의미할 수 있다. 그러므로 매우 평편한 소자가 구현될 수 있다. 이러한 접촉 램프를 포함하는 실시예에서는 접촉 와이어(소위 본딩 와이어)가 필요하지 않다.
복사 방출 소자의 다른 실시예에서, 제2접촉층은 반도체칩의 복사 출사면 상에 프레임형으로 배치된다.
반도체칩은 복사 출사면의 측에서도 모든 측면에서 전압을 공급받을 수 있다. 그러므로, 반도체칩은 상기 접촉층이 복사 출사면의 일측에만 배치된 경우보다 더 균질한 전압 공급을 포함한다. 반도체칩이 더 균질하게 전압을 공급받음으로써, 반도체칩은 점형으로 또는 모서리를 거쳐 전압을 공급받는 반도체칩에 비해 더 균일한 방출을 포함한다. 제2접촉층이 반도체칩의 표면 상에 프레임형으로 배치됨으로써, 반도체칩의 전류 확산이 개선되어, 복사 생성의 효율이 개선된다. 제2접촉층의 프레임형 접촉 기하학은 400 ㎛ 미만의 측면 길이를 가진 칩을 위해 매우 적합하다.
복사 방출 소자의 다른 실시예에서, 제2접촉층은 반도체칩의 복사 출사면 상에 배치된 접촉웹(contact web)을 포함한다.
이러한 배열의 제2접촉층에 의해, 마찬가지로 반도체칩은 전압을 균일하게 공급받을 수 있어, 다시금 반도체칩의 균일한 방출이 야기된다. 접촉웹은 방출된 복사에 대해 투명할 수 있다. 이때, 바람직하게는, 제2접촉층은 부가적으로 반도체칩의 표면에서 프레임형으로 배치되고, 이러한 프레임 접촉물 안에 접촉웹이 배치되며, 접촉웹은 바람직하게는 반도체칩의 표면에서 교차하지 않고, 매우 바람직하게는 서로 평행하게 이어진다. 접촉웹은 일부 영역들에서 프레임 접촉물과 직접 접촉한다. 접촉웹에 의해, 반도체칩의 전류 확산이 개선됨으로써 칩 규격을 더 크게 할 수 있다. 이러한 접촉 구조물은 측면 길이가 400 ㎛ 초과인 칩을 위해 매우 유리하다.
복사 방출 소자의 다른 실시예에서, 캐리어에는 제1 및 제2관통 접촉물이 구비되고, 이때 제1관통 접촉물은 제1접촉 구조물과, 제2관통 접촉물은 제2접촉 구조물과 전기 전도적으로 결합한다.
이러한 점에 의해, 제1 또는 제2접촉 구조물은 하측으로부터 캐리어를 관통하여 전기 접촉될 수 있다. 그러므로, 매우 평편한 소자가 구현될 수 있다. 캐리어를 관통하는 관통 접촉물에 의해 반도체칩이 접촉됨으로써, 복사 방출 소자는 표면 실장형으로 형성될 수 있다. 표면 실장 소자 또는 소위 SMT 소자(SMT: Surface Mount Technology)는 납땜 가능한 접촉 영역들을 이용하여 예를 들면 도체판 상에 직접 납땜될 수 있다는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 매우 조밀한 장착이 가능하여, 공간 수요가 감소한다. 그러므로 패킹 밀도가 높다.
복사 방출 소자의 다른 실시예에서, 소자는 박막칩으로서 형성된다.
다른 형성예에서, 반도체 몸체는 박막 발광다이오드칩이다. 특히, 박막 발광다이오드칩은 후방측에 캐리어 기판을 포함한다. 일 형성예에서, 제1 및 제2연결층은 적어도 국부적으로, 반도체층 시퀀스와 캐리어 기판사이에 배치된다.
박막 발광다이오드칩은 이하의 특징적 특성들 중 적어도 하나를 특징으로 한다:
- 캐리어 부재, 특히 캐리어 기판을 향해 있는 복사 생성 반도체층 시퀀스의 주요면에 반사층이 적층되거나 형성되고, 상기 반사층은 반도체층 시퀀스에서 생성된 전자기 복사의 적어도 일부분을 상기 층 시퀀스에 재귀 반사함, 이때 상기 복사 생성 반도체층 시퀀스는 특히 복사 생성 에피택시 층 시퀀스를 가리킴;
- 박막 발광다이오드칩은 캐리어 부재를 포함하고, 상기 캐리어 부재는 반도체층 시퀀스가 그 위에서 에피택시얼 성장된 성장 기판을 가리키지 않고, 반도체층 시퀀스가 차후에 고정되는 별도의 캐리어 부재를 가리킴;
- 반도체층 시퀀스의 두께는 20 ㎛이하의 범위, 특히 10 ㎛이하의 범위를 가짐;
- 반도체층 시퀀스는 성장 기판을 포함하지 않음. 이러한 맥락에서 "성장 기판을 포함하지 않음"이란, 경우에 따라서 성장을 위해 사용되는 성장 기판이 반도체층 시퀀스로부터 제거되거나 적어도 상당히 얇아져 있음을 의미함. 특히, 기판이 그 자체로 또는 에피택시 층 시퀀스와 결합한 상태로 독자적으로는 자체 지지력을 가지지 못할만큼 얇아져 있음. 심하게 얇아진 성장 기판의 남은 부분은 특히 성장 기판의 제 기능을 하기에 부적합함; 그리고
- 반도체층 시퀀스는 혼합 구조를 가진 적어도 하나의 면을 구비한 적어도 하나의 반도체층을 포함하고, 상기 혼합 구조는 이상적인 경우 반도체층 시퀀스에서 광이 거의 에르고딕(ergodic)으로 분포하도록 유도하며, 즉 가능한 한 에르고딕한 확률적 분산 거동을 포함함.
박막 발광다이오드칩의 기본 원리는 예를 들면 문헌 I.Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63(16), 1993.10.18, 2174-2176쪽에 기재되어 있고, 그 공개 내용은 참조로 포함된다. 박막발광다이오드칩에 대한 예는 문헌 EP 0905797 A2, WO 02/13281 A1에 기재되어 있고, 그 공개 내용도 마찬가지로 참조로 포함된다.
다른 실시예에서, 소자는 완전히 백색이다. 본 발명에 따른 패시베이션층을 이용한 매우 얇고 투명한 봉지부에 의해, 패시베이션층에 의한 색 인상의 변화가 방지될 수 있다.
패시베이션층을 이용하면 예를 들면 LED칩과 같이 그 접촉물이 간극층들로서 형성된 소자, 그리고 전기 접촉을 위한 접촉물이 표면에 위치한 소자가 봉지될 수 있다.
패시베이션층은 상기 패시베이션층이 칩 플랭크에 배치된 경우에 전기 전도 기본 몸체/캐리어에 대한 전기적인 플래시오버(flashover) 방지 장치로서 사용될 수 있다.
또한, 패시베이션층은 예를 들면 반도체칩에 위치한 거울층을 위한 패시베이션용으로 활용될 수 있다.
소자 자체외에도 그 제조 방법도 청구한다.
복사 방출 소자의 제조 방법은, A)단계로서 제1 및 제2접촉 구조물을 구비한 캐리어의 제공 단계를 포함하고, B) 단계로서 제1접촉층에 의해 제1접촉 구조물과 반도체칩을 기계적 및 전기 전도적으로 결합하는 단계를 포함하고, C) 단계로서 제2접촉층에 의해 제1접촉 구조물과 반도체칩을 기계적 및 전기 전도적으로 결합하는 단계를 포함하고, D) 단계로서 반도체칩의 적어도 일부 영역들 상에 패시베이션층을 적층하는 단계를 포함하며, 이때 패시베이션층을 위해 사용되는 물질은 일반식(I):
의 유기 폴리머를 함유하고, 잔기 R1 내지 R16은 각각 서로에 대해 독립적으로 H, CH3, F, Cl 또는 Br일 수 있고, n의 값은 10 내지 500,000이다.
이러한 방법에서는 예를 들면 특허청구범위 제1항에서 청구하는 바와 같은 복사 방출 소자가 제조될 수 있다. 이러한 방법에 의거하여, 예를 들면 산, 알칼리, 가스, 수증기와 같은 환경 영향에 대해 매우 양호하게 보호되는 소자가 구현될 수 있다. 또한, 이러한 방법을 이용하면 매우 평편한 소자가 구현될 수 있다. 방법의 다른 유리한 형성예는 복사 방출 소자의 유리한 형성예와 유사하게 얻어진다.
방법의 다른 변형예에서, 패시베이션층은 플라즈마 방법으로 적층된다.
플라즈마 방법에서 예를 들면 각각의 폴리머의 적합한 2량체가 출발 물질로서 역할할 수 있다. 출발 물질은 예를 들면 열에 의해 모노머로 분할될 수 있고, 모노머로부터 폴리머를 위한 사슬 결합이 이루어진다. 폴리머화는, 2량체의 분할을 위해 필요한 온도보다 낮은 온도로 진행된다. 폴리머화는 0.05 내지 0.5 mbar의 범위를 가진 압력에서 이루어질 수 있다. 폴리머의 축합은 코팅될 표면에서 직접적으로 이루어질 수 있다.
플라즈마 방법을 이용하면, 매우 양호한 장벽 효과를 가짐에도 불구하고 매우 얇으며 매우 동형의 층들이 적층될 수 있다.
패시베이션층의 증착은 화학 기상 증착(CVD) 또는 플라즈마 보조 화학 기상 증착(PECVD)를 이용하여 실시될 수 있다.
이하, 본 발명의 변형예가 도면 및 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 제2접촉층이 램프로서 형성된 복사 방출 장치의 실시예에 대한 개략적 측면도이다.
도 2는 제2접촉층의 일부 영역들이 접촉웹으로서 형성되는 복사 방출 소자의 실시예에 대한 개략적 평면도이다.
도 3은 접촉웹이 프레임형으로 결합된 복사 방출 소자의 실시예에 대한 개략적 평면도이다.
도 4는 대칭 구조를 가지는 복사 방출 소자의 다른 실시예에 대한 개략적 평면도이다.
도 5는 접촉면을 제외한 전체 외부면이 패시베이션층에 의해 둘러싸이는 복사 방출 소자의 실시예에 대한 개략적 측면도이다.
도 6은 변환체의 형태로 광학 부재를 포함하는 복사 방출 소자의 실시예에 대한 개략적 측면도이다.
도 7a은 피라미드 필터의 형태로 광학 부재를 포함하는 복사 방출 소자의 실시예에 대한 개략적 측면도이다.
도 7b는 수동 소자를 포함한 복사 방출 소자의 실시예에 대한 개략적 측면도이다.
도 8a 내지 8d는 다양한 방법 단계에 있는 복수 개의 복사 방출 소자에 대한 도면이다.
도 9a 내지 9d는 다양한 방법 단계에 있는 복사 방출 소자의 개략적 평면도이다.
도 2는 제2접촉층의 일부 영역들이 접촉웹으로서 형성되는 복사 방출 소자의 실시예에 대한 개략적 평면도이다.
도 3은 접촉웹이 프레임형으로 결합된 복사 방출 소자의 실시예에 대한 개략적 평면도이다.
도 4는 대칭 구조를 가지는 복사 방출 소자의 다른 실시예에 대한 개략적 평면도이다.
도 5는 접촉면을 제외한 전체 외부면이 패시베이션층에 의해 둘러싸이는 복사 방출 소자의 실시예에 대한 개략적 측면도이다.
도 6은 변환체의 형태로 광학 부재를 포함하는 복사 방출 소자의 실시예에 대한 개략적 측면도이다.
도 7a은 피라미드 필터의 형태로 광학 부재를 포함하는 복사 방출 소자의 실시예에 대한 개략적 측면도이다.
도 7b는 수동 소자를 포함한 복사 방출 소자의 실시예에 대한 개략적 측면도이다.
도 8a 내지 8d는 다양한 방법 단계에 있는 복수 개의 복사 방출 소자에 대한 도면이다.
도 9a 내지 9d는 다양한 방법 단계에 있는 복사 방출 소자의 개략적 평면도이다.
도 1은 복사 방출 소자의 실시예에 대한 개략적 측면도이다. 캐리어(1) 상에 제1접촉 구조물(4a) 및 제2접촉 구조물(4b)이 배치된다. 두 접촉 구조물들은 패시베이션층(5)에 의해 전기적으로 서로 절연된다. 반도체칩(2)은 제1접촉층(21)을 경유하여 기계적으로뿐만 아니라 전기 전도적으로도 제1접촉 구조물(4a)과 결합한다. 반도체칩(2)은 복사 출사면(3)을 포함한다. 반도체칩(2)은 복사 출사면(3)에서 제2접촉층(6)을 경유하여 전기 전도적으도 제2접촉 구조물(4b)과 결합한다. 제2접촉층(6)은 램프형으로 패시베이션층(5)의 상부에서 이어지며, 이때 패시베이션층(5)은 제1접촉 구조물(4a)에 대하여 제2접촉층(6)을 전기 절연시킨다. 제2접촉층(6)과 접촉하지 않는 복사 출사면(3)의 영역들, 및 반도체칩(2)의 측면들은 패시베이션층(5)으로 코팅된다. 이를 통해, 반도체칩(2)은 환경 영향으로부터 보호된다. 패시베이션층(5)은 반도체칩(2)으로부터 방출된 복사에 대해 투명하므로, 복사는 복사 출사면(3)을 경유하여 패시베이션층(5)을 관통해 방출될 수 있다.
반도체칩(2)의 접촉이 본딩 와이어 없이 가능하여, 광학 부재는 반도체칩(2)의 근방에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 캐리어(1)는 세라믹, 규소 또는 알루미늄질화물을 포함한다. 또는, 캐리어(1)는 금속간 세라믹, 금속 또는, 예를 들면 유전체와 같은 전기 절연층이 위에 배치된 금속 합금을 포함할 수 있다.
반도체칩(2)은 활성층을 포함하고, 활성층은 복사 생성을 위해 pn 접합, 이중이종구조, 단일양자우물구조(SQW) 또는 다중양자우물구조(MQW)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 반도체칩은 질화물-, 인화물- 또는 비화물 화합물 반도체계이다. 이와 관련하여 "질화물-, 인화물- 또는 비화물 화합물 반도체계"란, 활성 에피택시층 시퀀스 또는 상기 층 시퀀스의 적어도 하나의 층이 특히 InxGayAl1-x-yP 또는 InxGayAl1-x-yN 또는 InxGayAl1-x-yAs의 조성을 가지는 III/V 반도체 물질을 포함하고, 이때 0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1임을 의미한다.
복사 방출 소자의 반도체칩(2)은 성장 기판을 포함하지 않는다. 반도체칩(2)은 기판 없는 반도체칩으로서 형성된다. 기판없는 반도체칩(2)에 의해 유리하게도 소자의 설계 높이가 매우 낮다. 바람직하게는, 반도체칩(2)의 높이는 100 ㎛ 미만이고, 더욱 바람직하게는 40 ㎛ 미만이다. 소자의 규격은 에피택시층 시퀀스의 두께 범위에 거의 가까울 수 있다.
바람직하게는, 제1접촉층(21)은 반도체칩(2)의 전기 전촉을 위해 역할할뿐만 아니라 광학 거울의 기능을 더 포함할 수 있다. 이는, 제1접촉층(21)이 반도체칩(2)으로부터 캐리어(1)의 방향으로 방출되는 복사를 바람직하게는 반도체칩(2)의 복사 출사면(3)의 방향으로 재귀 반사시킨다는 것을 의미한다.
바람직하게는, 제2접촉층(6)은 투명하고, 특히 TCO층(TCO: Transparent Conductive Oxide)이다. 더욱 바람직하게는, 제2접촉층은 IZO(인듐아연산화물), ITO(인듐주석산화물) 또는 ZnO(아연산화물)을 포함한다.
바람직하게는, 제2접촉층(6)의 두께는 50 nm 이상과 300 nm 이하의 범위를 가진다. 반도체칩(2)의 높이는 바람직하게는 40 ㎛ 미만이다.
도 2는 2개의 복사 방출 소자의 개략적 평면도이다. 두 소자는 동일한 구조이고, 동일한 캐리어(1) 상에 배치된다. 캐리어(1) 상에 각각 제1접촉 구조물(4a)이 배치되고, 상기 제1접촉 구조물에 의해, 반도체칩 또는 상기 반도체칩(2)과 제1접촉 구조물(4a) 사이에 배치된 제1접촉층(21)이 접촉될 수 있다. 반도체칩(2)의 상측은 제2접촉층(6)을 경유하여 제2접촉 구조물(4a)과 전기 전도적으로 결합한다. 제2접촉층(6)은 복사 출사면(3) 상에서 접촉웹(61)으로서 형성된다. 접촉웹(61)에 의해 반도체칩(2)이 더 균일하게 전압을 공급받을 수 있어, 반도체칩(2)의 방출이 더 균일해진다. 두 반도체칩들(2)은 각각 프레임형으로 패시베이션층(5)에 의해 둘러싸인다. 제2접촉층(6)은 도 1에 도시된 바와 같이 램프형으로 패시베이션층(5)의 부분 영역 상부에서 복사 출사면(3)쪽으로 안내된다.
도 3은 복사 방출 소자의 다른 실시예의 개략적 평면도이다. 캐리어(1) 상에 제1접촉 구조물(4a) 및 제2접촉 구조물(4b)이 배치된다. 반도체칩(2)의 복사 출사면(3)은 제2접촉층(6)을 경유하여 제2접촉 구조물(4b)과 전기 전도적으로 결합한다. 복사 출사면(3) 상에 배치된 제2접촉층(6)의 부분 영역은 일부 영역들에서 접촉웹(61)으로서 형성되고, 또한 부가적으로 상기 접촉웹(61)의 외부 말단들을 서로 연결하는 프레임으로서도 형성된다. 이러한 실시예에서, 반도체칩(2)은 전압을 균일하게 공급받는다. 반도체칩(2)은 패시베이션층(5)에 의해 둘러싸인다. 패시베이션층(5)은 제2접촉층(6)을 위한 저부를 나타내고, 상기 제2접촉층은 제2접촉 구조물(4b)로부터 복사 출사면(3)쪽으로 안내된다.
도 4는 복사 방출 소자의 실시예를 개략적 평면도로 도시한다. 이러한 실시예는, 상기 실시예가 파선과 관련하여 대칭 구조를 가진다는 것을 특징으로 한다. 여기서 다시, 제2접촉층(6)은 반도체칩(2)의 복사 출사면(3) 상에서 접촉웹(61)으로서 형성된다. 소자의 대칭 구조는 반도체칩(2)의 매우 균일한 전압 공급을 위한 것으로, 이는 반도체칩의 매우 균일한 방출 특성을 야기한다.
도 2, 3, 4에 도시된 실시예 외에, 또한, 복사 출사면(3)이 적어도, 웹 또는 접촉층이 없는 영역들에서 패시베이션층(5)으로 완전히 코팅되는 실시예도 있다. 그러나 이는 도면에서 개관상의 이유로 미도시되었다. 따라서, 매번, 반도체칩(2)은 그 전체가 환경 영향으로부터 보호된다. 또한, 부가적으로 접촉웹(61)이 패시베이션층(5)을 구비하여 복사 출사면(3) 상부의 전체 면이 패시베이션층(5)을 구비하는 실시예도 가능하다.
도 5는 복사 방출 소자의 실시예를 개략적 측면도로 도시한다. 이때, 캐리어(1)는 제1관통 접촉물(8a) 및 제2관통 접촉물(8b)을 포함한다. 관통 접촉물들에 의해, 제1접촉 구조물(4a) 또는 제2접촉 구조물(4b)은 소자의 하측에서부터 전기 전도적으로 접촉될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제2접촉층(6)은 상기 제2접촉층이 반도체칩(2)의 복사 출사면(3) 상에 위치한 영역에서 프레임형으로 형성된다. 복사 출사면(3)은 제2접촉층을 경유하여 제2접촉 구조물(4b)과 전기 전도적으로 결합한다. 전체 소자는 두 관통 접촉물(8a, 8b)의 접촉면 및 제2접촉층(6)의 일부 영역을 제외하고 패시베이션층(5)으로 완전히 둘러싸인다. 그러므로, 전체 소자가 환경 영향으로부터 보호된다.
도 5에 도시된 소자는 제1 및 제2관통 접촉물(8a, 8b)을 이용하여, 바람직하게는 표면 실장형 소자로서 형성된다.
도 6에서 개략적 측면도로 도시된 실시예는 도 5에 도시된 실시예와 비교 가능한 구조를 가진다. 도 6에 도시된 실시예는 부가적으로 광학 부재(9)를 포함한다. 광학 부재(9)는 도 6에 도시된 실시예에서 변환층을 가리킨다. 이러한 변환층(9)은 예를 들면 변환 기능의 물질을 포함할 수 있고, 이러한 물질에 의해 반도체칩(2)으로부터 방출된 복사가 변환되거나, 이러한 복사의 파장에서 파장 영역들만 변환된다. 이러한 점은 예를 들면, 반도체칩(2)으로부터 방출된 복사가 변환 물질에 의해 흡수되고, 상기 변환 물질로부터, 상기 변환 물질에 의해 흡수되었던 복사와는 다른 파장을 가지는 복사가 방출됨으로써 이루어질 수 있다. 도 6에 도시된 실시예에서, 반도체칩(2)으로부터 방출된 전체 복사는 광학 부재(9)를 투과한다.
도 7a에 도시된 실시예는 도 5에 도시된 실시예와 비교 가능한 구조를 포함한다. 단, 도 7a에 도시된 실시예는 부가적으로 광학 부재(9)를 포함한다. 복사 출사면(3) 상에 균형층(15)이 위치하고, 상기 균형층 상에 광학 부재(9)가 배치된다. 균형층(15)은 특히 복사 출사면(3)의 표면을 평활하게 하기 위해 역할할 수 있다. 광학 부재(9)의 상부 표면은 반도체칩(2)을 등지는 면으로, 이 면도 마찬가지로 패시베이션층(5)을 구비한다. 이러한 실시예에서, 광학 부재(9)는 피라미드 필터이다. 패시베이션층(5)은 상기 패시베이션층이 피라미드 필터 상에 위치한 영역에서 동일한 층 두께를 가질 수 있다. 이러한 필터를 이용하면, 반도체칩(2)으로부터 방출된 복사가 공간 방향에서 편향될 수 있다.
도 7b에 도시된 실시예는 도 7a에 도시된 실시예에 상응하나, 부가적으로 수동 소자(100)를 포함한다. 수동 소자(100)는 제2접촉 구조물 상에 배치되고, 마찬가지로 그 전체가 패시베이션층(5)에 의해 둘러싸인다. 수동 소자(100)는 예를 들면 보호다이오드 또는 저항을 가리킬 수 있다.
도 8a 내지 8d는 3개의 복사 방출 소자를 각각 다른 방법 단계에서 도시한다. 도 8a에서, 캐리어(1) 상에 각각 제1접촉 구조물(4a) 및 반도체칩(2)이 배치되고, 상기 반도체칩은 제1접촉층(21)을 경유하여 기계적으로뿐만 아니라 전기 전도적으로 제2접촉 구조물(4a)과 결합한다. 전체 캐리어(1) 및 3개의 소자들은 각각 패시베이션층(5)으로 완전히 둘러싸인다.
도 8b에 도시된 방법 단계에서, 패시베이션층(5)은 반도체칩(2) 및 제1접촉 구조물(4a)의 상부에서, 제1접촉층(21)이 배치되지 않은 부분 영역에서 노출되었다. 패시베이션층(5)의 제거는 예를 들면, 불소화 가스(예를 들면, NF3, CHF3, CF4 또는 SF6)를 이용한 RIE 플라즈마 식각("reactive ion etching")에 의해 실시할 수 있다.
도 8c에 도시된 방법 단계에서, 반도체칩(2) 상에 광학 부재(9)가 배치된다. 이러한 실시예에서, 광학 부재(9)는 변환층을 가리킨다. 변환층의 적층은 예를 들면 변환 물질을 포함한 소형판에 의해 이루어질 수 있다. 변환층의 두께는 예를 들면 20 ㎛일 수 있다. 그러나, 예를 들면 Ce로 도핑된 YAG-세라믹이 사용될 수도 있다. 이때 두께는 예를 들면 100 ㎛일 것이다. 광학 부재(9)의 적층 이후에, 광학 부재(9) 상부에 다시 패시베이션층(2)이 적층되었다.
도 8d에 도시된 방법 단계에서, 상기 광학 부재(9) 상부에 위치한 패시베이션층(5)의 부분 영역은 다시 제거되었다. 패시베이션층의 제거는 불소화 가스를 이용한 RIE 플라즈마 식각("reactive ion etching")을 이용하여 실시할 수 있다. 광학 부재(9)가 노출됨으로써 방출된 복사의 흡수가 감소할 수 있다.
도 9a 내지 9d는 복사 방출 소자의 실시예를 4개의 서로 다른 방법 단계에서 도시하되, 각각 개략적 평면도로 도시한다.
도 9는 캐리어(1)를 도시하고, 캐리어 상에 각각 2개의 복사 방출 소자를 위한 제1접촉 구조물(4a) 및 제2접촉 구조물(4b)이 도시되어 있다.
도 9b는 예를 들면 도 9a에 도시된 소자로부터 얻을 수 있는 실시예를 도시하며, 상기 실시예에서, 제1접촉 구조물(4a)의 부분 영역 상에 각각 반도체칩(2)이 적층되었다. 반도체칩(2)의 적층은 예를 들면 본딩, 납땜 또는 접착에 의해 실시할 수 있다. 이때, 반도체칩(2)과 제1접촉 구조물(4a) 사이에 제1접촉층(21)이 배치될 수 있다.
도 9c에 도시된 방법 단계는 예를 들면 도 9b에 도시된 바와 같은 방법 단계에서 패시베이션층(5)이 적층됨으로써 얻을 수 있다. 패시베이션층(5)은 각각 반도체칩(2)을 둘러싼다. 패시베이션층(5)은 예를 들면 화학 기상 증착(CVD), 바람직하게는 플라즈마 보조 가스 기상 증착(PECVD)을 이용하여 증착될 수 있다.
도 9d에 도시된 방법 단계는 도 2에 도시된 바와 같은 실시예에 상응한다. 상기 실시예는 예를 들면 도 9c에 도시된 방법 단계로부터 각 소자 상에 각각 제2접촉층(6)이 적층됨으로써 얻을 수 있다. 제2접촉층(6)은, 상기 접촉층이 반도체칩(2) 상에 위치한 부분 영역들에서 접촉웹(61)으로서 형성된다.
미도시된 다른 방법 단계에서, 이제, 상기 노출된 복사 출사면(3) 및 접촉웹(61)은 패시베이션 단계(5)를 이용하여 덮일 수 있다. 따라서, 전체 반도체칩(2)이 패시베이션층에 의해 환경 영향으로부터 보호된다.
본 발명은 실시예들에 의거한 설명에 의하여 상기 실시예에 한정되지 않으며, 각각의 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 이러한 점은 특히, 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허청구범위 또는 실시예에 제공되지 않더라도, 특허청구범위에서의 특징들의 각 조합을 포괄한다.
Claims (15)
- 캐리어(1);
상기 캐리어(1) 상에 배치되며, 전자기 복사의 생성을 위한 활성층 및 복사 출사면(3)을 구비한 반도체칩(2);
상기 반도체칩(2)의 전기 접촉을 위한 제1접촉 구조물(4a) 및 제2접촉 구조물(4b);
상기 반도체칩(2)이 제1접촉 구조물(4a)과 전기 전도적으로 결합할 때 경유하는 제1접촉층(21), 및 상기 반도체칩(2)이 제2접촉 구조물(4b)과 전기 전도적으로 결합할 때 경유하는 제2접촉층(6);
상기 반도체칩(2) 상에 배치되는 패시베이션층(5)
을 포함하고,
상기 패시베이션층(5)은 일반식(I):
의 유기 폴리머를 포함하며, 잔기 R1 내지 R16은 각각 서로에 대해 독립적으로 H, CH3, F, Cl 또는 Br이고, n의 값은 10 내지 500,000인 것을 특징으로 하는 복사 방출 소자. - 청구항 1에 있어서,
R1, R2, R7, R8, R9, R10, R15, R16은 각각 H를 나타내는 것을 특징으로 하는 복사 방출 소자. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 패시베이션층(5)의 적어도 일부 영역들은 상기 소자의 최외부층을 나타내는 것을 특징으로 하는 복사 방출 소자. - 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,
상기 패시베이션층(5)은 복사 출사면(3) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 복사 방출 소자. - 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,
상기 반도체칩(2)의 복사 출사면(3) 상에 적어도 하나의 광학 부재(9)가 배치되는 것을 특징으로 하는 복사 방출 소자. - 청구항 5에 있어서,
상기 광학 부재(9)는 변환층 또는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 복사 방출 소자. - 청구항 5에 있어서,
상기 패시베이션층(5)은 적어도, 상기 반도체칩(2)을 등지는 광학 부재(9)의 표면의 일부 영역들 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 복사 방출 소자. - 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,
상기 패시베이션층(5)은 상기 제2접촉 구조물(4b)에 대해 상기 제1접촉 구조물(4a)을 전기적으로 절연시키는 것을 특징으로 하는 복사 방출 소자. - 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,
상기 패시베이션층(5)은 상기 제1접촉 구조물(4a)에 대해 상기 제2접촉층(6)을 전기적으로 절연시키는 것을 특징으로 하는 복사 방출 소자. - 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,
상기 제2접촉층(6)은 상기 반도체칩(2)의 복사 출사면(3) 상에 프레임형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 복사 방출 소자. - 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,
상기 제2접촉층(6)은 상기 반도체칩(2)의 복사 출사면(3) 상에 배치된 접촉웹(61)을 포함하는 것을 특징으로 하는 복사 방출 소자. - 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,
상기 캐리어(1)를 관통하여 제1관통 접촉물(8a) 및 제2관통 접촉물(8b)이 구비되고, 상기 제1관통 접촉물(8a)은 상기 제1접촉 구조물(4a)과, 상기 제2관통 접촉물(8b)은 상기 제2접촉 구조물(4b)과 전기 전도적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 복사 방출 소자. - 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,
상기 소자는 박막칩으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 복사 방출 소자. - 복사 방출 소자의 제조 방법에 있어서,
A) 제1접촉 구조물(4a) 및 제2접촉 구조물(4b)을 포함한 캐리어(1)의 제공 단계;
B) 제1접촉층(21)을 경유하여, 전자기 복사의 생성을 위한 활성층 및 복사 출사면(3)을 구비한 반도체칩(2)과 상기 제1접촉 구조물(4a)을 기계적 및 전기 전도적으로 결합하는 단계;
C) 제2접촉층(6)을 경유하여 상기 반도체칩(2)과 상기 제2접촉 구조물(4b)를 기계적 및 전기 전도적으로 결합하는 단계;
D) 상기 반도체칩(2)의 적어도 일부 영역들 상에 패시베이션층(5)을 적층하는 단계
를 포함하고,
상기 패시베이션층(5)을 위해 유기 폴리머를 포함한 물질이 사용되며, 상기 유기 폴리머는 일반식(I):
을 가지고, 잔기 R1 내지 R16은 서로에 대해 독립적으로 H, CH3, F, Cl 또는 Br일 수 있고, n의 값은 10 내지 500,000인 것을 특징으로 하는 복사 방출 소자의 제조 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 패시베이션층(5)은 플라즈마 방법으로 적층되는 것을 특징으로 하는 복사 방출 소자의 제조 방법.
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