KR101688379B1 - Light emitting device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면은, 기판과, 상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 적층된 구조를 구비하는 발광구조물과, 상기 발광구조물 상에 배치된 렌즈와, 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되며 상기 기판을 관통하여 외부로 노출된 제1 단자부 및 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되며 상기 기판을 관통하여 외부로 노출된 제2 단자부를 포함하며, 상기 제2 단자부는 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제2 도전형 반도체층과 접속된 도전성 비아를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스를 제공한다.The present invention relates to a light emitting device and a method of manufacturing the same. One aspect of the present invention is a light emitting device including a substrate, a structure disposed on the substrate and stacked with the first conductivity type semiconductor layer, the active layer, A first terminal portion electrically connected to the first conductivity type semiconductor layer and exposed to the outside through the substrate, and a second terminal portion electrically connected to the second conductivity type semiconductor layer, And a second terminal portion which is connected to the second conductive type semiconductor layer through the first conductive type semiconductor layer and the active layer and is connected to the second conductive type semiconductor layer, Emitting device according to the present invention.
Description
본 발명은 발광 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting device and a manufacturing method thereof.
반도체 발광소자의 일 종인 발광 다이오드(LED)는 전류가 가해지면 p, n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 발광 다이오드는 필라멘트에 기초한 발광구조물에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 특히, 최근에는, 청색 계열의 단파장 영역의 빛을 발광할 수 있는 3족 질화물 반도체가 각광을 받고 있다.
A light emitting diode (LED), which is one type of semiconductor light emitting device, is a semiconductor device capable of generating light of various colors due to recombination of electrons and holes at a junction portion of p and n type semiconductors when an electric current is applied. The demand for such light emitting diodes is continuously increasing because they have many advantages such as long lifetime, low power supply, excellent initial driving characteristic, high vibration resistance and the like compared to the light emitting structure based on the filament. Particularly, in recent years, a group III nitride semiconductor capable of emitting light in a short wavelength range of a blue series has been spotlighted.
일반적으로, 발광 다이오드는 웨이퍼 레벨에서 제조된 후 개별 칩 단위로 다이싱(dicing)되며, 이후, 개별 칩은 형광체막이나 렌즈 등이 부가되어 패키징(packaging)된다. 그러나, 이러한 방식을 이용할 경우, 각각의 칩 별로 패키징 공정이 수행되므로 공정이 복잡해지고 비용이 증가하는 문제가 있으며, 나아가, 최종 패키지 구조를 소형화하는 데도 어려움이 있다. 따라서, 당 기술 분야에서는 공정 간소화 및 디바이스의 소형화에 유리하도록 적절한 웨이퍼 레벨 패키징 기술이 요구되고 있다.
Generally, light emitting diodes are manufactured at a wafer level and then diced into individual chip units, and then individual chips are packaged with a phosphor film, a lens, or the like added thereto. However, when such a method is used, the packaging process is performed for each chip, so that the process becomes complicated and the cost increases, and furthermore, it is also difficult to miniaturize the final package structure. Accordingly, there is a need in the art for a wafer level packaging technique suitable for simplifying the process and miniaturizing the device.
본 발명의 일 목적은 크기가 소형화됨과 더불어 칩 사이즈의 렌즈를 사용함으로써 광 추출 효율이 향상될 수 있는 발광 디바이스를 제공하는 것이 있다.It is an object of the present invention to provide a light emitting device that can be miniaturized in size and can improve the light extraction efficiency by using a lens of a chip size.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 발광 디바이스를 제조함에 있어서 제조 공정이 간소화되며 제조 원가를 저감할 수 있는 발광 디바이스 제조방법을 제공하는 것에 있다.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a light emitting device in which the manufacturing process is simplified and the manufacturing cost is reduced in manufacturing the light emitting device.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 측면은,According to an aspect of the present invention,
기판과, 상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 적층된 구조를 구비하는 발광구조물과, 상기 발광구조물 상에 배치된 렌즈와, 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되며 상기 기판을 관통하여 외부로 노출된 제1 단자부 및 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되며 상기 기판을 관통하여 외부로 노출된 제2 단자부를 포함하며, 상기 제2 단자부는 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제2 도전형 반도체층과 접속된 도전성 비아를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스를 제공한다.
A light emitting device comprising: a substrate; a light emitting structure disposed on the substrate, the light emitting structure having a structure in which a first conductivity type semiconductor layer, an active layer and a second conductivity type semiconductor layer are stacked; a lens disposed on the light emitting structure; Type semiconductor layer, and a second terminal portion electrically connected to the second conductivity type semiconductor layer and exposed to the outside through the substrate, the first terminal portion being electrically connected to the substrate and exposed to the outside through the substrate, And the second terminal portion has a conductive via penetrating through the first conductive type semiconductor layer and the active layer and connected to the second conductive type semiconductor layer.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광구조물 및 상기 기판 사이에 배치된 본딩층을 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a bonding layer disposed between the light emitting structure and the substrate may be further included.
이 경우, 상기 본딩층은 전기 절연성을 가질 수 있으며, 구체적으로, 상기 본딩층은 실리콘 수지 또는 에폭시 수지로 이루어질 수 있다.In this case, the bonding layer may have electrical insulation. Specifically, the bonding layer may be made of a silicone resin or an epoxy resin.
이와 달리, 상기 본딩층은 전기 전도성을 가질 수 있으며, 이 경우, 상기 본딩층과 상기 제1 및 제2 단자부 각각의 사이에 배치된 절연체를 더 포함할 수 있다.Alternatively, the bonding layer may have electrical conductivity. In this case, the bonding layer may further include an insulator disposed between the bonding layer and the first and second terminal portions, respectively.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판은 전기 절연성 기판일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the substrate may be an electrically insulating substrate.
이 경우, 상기 기판은 알루미나, AlN 및 언도프 실리콘으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어질 수 있다.In this case, the substrate may be made of a material selected from the group consisting of alumina, AlN and undoped silicon.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판은 전기 전도성 기판일 수 있다.In one embodiment of the invention, the substrate may be an electrically conductive substrate.
이 경우, 상기 기판과 상기 제1 및 제2 단자부 각각의 사이에 배치된 절연체를 더 포함할 수 있다.In this case, it may further include an insulator disposed between the substrate and each of the first and second terminal portions.
이 경우, 상기 제1 단자부에서 상기 기판을 관통하는 영역은 상기 기판과 동일한 물질로 이루어지며, 상기 기판과 일체로 형성될 수 있다.In this case, the region through the substrate at the first terminal portion may be formed of the same material as the substrate, and may be formed integrally with the substrate.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 도전성 비아와 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 활성층 각각의 사이에 배치된 절연체를를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the conductive via may further include an insulator disposed between each of the first conductive type semiconductor layer and the active layer.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 렌즈는 상기 발광구조물의 측면은 덮지 않도록 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the lens may be formed so as not to cover the side surface of the light emitting structure.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 렌즈와 상기 발광구조물 사이에 배치된 투광성 폴리머층을 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the light emitting device may further include a light transmitting polymer layer disposed between the lens and the light emitting structure.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 렌즈와 상기 발광구조물 사이에 배치되어 상기 발광구조물에서 방출된 빛의 파장을 변환하는 광변환층을 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the light emitting device may further include a light converting layer disposed between the lens and the light emitting structure to convert the wavelength of light emitted from the light emitting structure.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 렌즈는 표면에 형성된 마이크로 렌즈 어레이를 포함할 수 있다.
In one embodiment of the invention, the lens may comprise a microlens array formed on the surface.
한편, 본 발명의 다른 측면은,According to another aspect of the present invention,
성장 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 성장시켜 발광구조물을 형성하는 단계와, 상기 발광구조물 상에 지지 기판을 부착한 후 상기 성장 기판을 상기 발광구조물로부터 분리하는 단계와, 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되며 상기 기판을 관통하여 외부로 노출된 제1 단자부를 형성하는 단계와, 상기 발광구조물 및 상기 지지 기판에 상기 제2 도전형 반도체층이 노출되도록 홈을 형성하는 단계 및 상기 제2 도전형 반도체층과 접속되도록 상기 홈을 적어도 일부 채우는 제2 단자부를 형성하는 단계를 포함하는 발광 디바이스 제조방법을 제공한다.
Forming a light emitting structure by growing a first conductivity type semiconductor layer, an active layer and a second conductivity type semiconductor layer on a growth substrate; separating the growth substrate from the light emitting structure after attaching the support substrate on the light emitting structure; Forming a first terminal portion that is electrically connected to the first conductivity type semiconductor layer and is exposed to the outside through the substrate; forming a first terminal portion on the light emitting structure and the support substrate, And forming a second terminal portion that at least partially fills the groove to be connected to the second conductivity type semiconductor layer.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광구조물 상에 렌즈를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method may further include forming a lens on the light emitting structure.
이 경우, 상기 렌즈는 개별 칩 단위로 형성될 수 있다.In this case, the lens may be formed in a unit of individual chips.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광구조물 및 상기 지지 기판을 개별 칩 단위로 다이싱하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method may further include dicing the light emitting structure and the support substrate into individual chip units.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광구조물 상에 투광성 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method may further include forming a light transmitting polymer layer on the light emitting structure.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광구조물 상에 상기 발광구조물에서 방출된 빛의 파장을 변환하는 광변환층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method may further include forming a light conversion layer on the light emitting structure to convert a wavelength of light emitted from the light emitting structure.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 단자부를 형성하는 단계 전에 상기 홈의 내벽에 절연체를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of forming the terminal portion may further include forming an insulator on the inner wall of the groove.
본 발명에 따른 발광 디바이스의 경우, 크기가 소형화됨과 더불어 칩 사이즈의 렌즈를 사용함으로써 광 추출 효율이 향상될 수 있다. 나아가, 상기와 같은 발광 디바이스를 제조함에 있어서 제조 공정이 간소화되며 제조 원가를 저감할 수 있다.In the case of the light emitting device according to the present invention, the light extraction efficiency can be improved by using a chip size lens in addition to miniaturization. Furthermore, in manufacturing the above-described light emitting device, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 디바이스에서 발광구조물을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1의 발광 디바이스에서 발광구조물과 기판 사이 영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 1의 발광 디바이스에서 렌즈 영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 5 내지 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 디바이스 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정별 단면도이다.
도 11은 도 1의 실시 형태에서 변형된 예에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 13 내지 15는 각각 도 12의 실시 형태에서 변형된 예에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting structure in the light emitting device of FIG.
3 is an enlarged cross-sectional view showing a region between the light emitting structure and the substrate in the light emitting device of FIG.
4 is an enlarged cross-sectional view of a lens region in the light emitting device of FIG.
5 to 10 are cross-sectional views schematically showing a manufacturing method of a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting device according to a modified example of the embodiment of FIG.
12 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
13 to 15 are sectional views schematically showing a light emitting device according to a modified example of the embodiment of Fig. 12, respectively.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity of description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2는 도 1의 발광 디바이스에서 발광구조물을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 또한, 도 3은 도 1의 발광 디바이스에서 발광구조물과 기판 사이 영역을 확대하여 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 1의 발광 디바이스에서 렌즈 영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
1 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting device according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting structure in the light emitting device of FIG. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a region between the light emitting structure and the substrate in the light emitting device of FIG. 1. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the lens region of the light emitting device of FIG.
도 1을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 발광 디바이스(100)는 기판(102)과 그 위에 배치된 발광구조물(101), 제1 및 제2 단자부(103a, 103b), 투광성 폴리머층(105), 광변환층(106) 및 렌즈(107)를 포함하는 구조이다. 본 실시 형태의 경우, 기판(102)은 전기 전도성 기판을 사용할 수 있으며, 예를 들어, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs, GaN, SiC 등의 다양한 물질로 이루어지거나 이들 물질이 혼합되어 사용될 수 있다. 기판(102) 하면에는 제1 단자부(103a)가 배치되며, 이에 따라, 발광구조물(101) 중 제1 도전형 반도체층(203)과 접속될 수 있다.
1, a
또한, 제2 단자부(103b)는 발광구조물(101)의 상면으로부터 발광구조물(102) 및 기판(102)의 측면을 따라 연장된 구조를 가지며, 이에 따라, 발광구조물(101) 중 제2 도전형 반도체층(201)과 접속될 수 있다. 이 경우, 제2 단자부(103b)와 발광구조물(101) 및 기판(102)의 측면 사이에는 절연체(104)가 배치될 수 있으며, 절연체(104)로서 실리콘 산화물이나 실리콘 질화물 등의 물질을 이용할 수 있다. 또한, 제2 단자부(103b)는 절곡되어 기판(102) 하부로 연장될 수 있다. 제1 및 제2 단자부(103a, 103b)가 발광 디바이스(100)의 하부에 배치됨에 따라 발광 디바이스(100)를 표면 실장 공정(SMT)으로 PCB 기판 등에 용이하게 실장할 수 있다. 한편, 제1 및 제2 단자부(103a, 103b)는 전기 전도성이 우수한 금속 등을 이용하여 형성될 수 있을 것이다.
The
발광구조물(100)은 도 2에 도시된 것과 같이, 제1 및 제2 도전형 반도체층(203, 201)과 그 사이에 배치된 활성층(202)을 구비하는 적층 구조이다. 본 실시 형태의 경우, 제1 및 제2 도전형 반도체층(203, 201)은 각각 p형 및 n형 반도체층이 될 수 있으며, 또한, 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 이루어질 수 있다. 다만, 질화물 반도체 외에도 GaAs계 반도체나 GaP계 반도체도 사용될 수 있을 것이다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(203, 201) 사이에 형성되는 활성층(202)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조로 이루어질 수 있다. 다중 양자우물 구조의 경우, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(203, 201)과 활성층(202)은 당 기술 분야에서 공지된 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 반도체층 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있을 것이다.
The
도 3에 도시된 것과 같이, 발광구조물(101)과 기판(102) 사이에는 본딩층(108)이 개재될 수 있으며, 본딩층(108)은 AuSn 등과 같은 공융금속이나 도전성 에폭시 등의 도전성 폴리머로 이루어질 수 있다. 다만, 본딩층(108)이 반드시 도전성 물질로 이루어질 필요는 없으며, 비 전도성 본딩 물질을 사용할 수도 있을 것이다. 다만, 이 경우에는 제1 단자부(103a)는 상기 본딩층(108)을 관통하는 비아 구조를 구비하여 제1 도전형 반도체층(203)과 접속될 수 있을 것이다. (도 11에 도시된 구조) 한편, 도시하지는 않았으나, 발광구조물(101)과 기판(102) 사이에는 반사금속층이 더 배치될 수 있다. 상기 반사금속층은 발광구조물(101)에서 방출된 빛을 발광 디바이스(100)의 상부, 즉, 렌즈(107) 방향으로 반사하는 기능을 수행할 수 있으며, 나아가, 제1 도전형 반도체층(203)과 오믹 컨택을 이룰 수 있다. 이러한 기능을 고려하여, 상기 반사금속층은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있다.
3, a
도 1에 도시된 것과 같이, 발광구조물(101)의 상부에는 투광성 폴리머층(105)이 배치되며, 실리콘 수지나 에폭시 수지 등의 물질로 이루어져 그 위에 배치된 광변환층(106)과의 안정적인 접착 구조를 형성할 수 있으며, 제2 단자부(103b)의 상부를 덮도록 형성되어 광변환층(106)을 형성하기 전에 평평한 상태의 면을 제공할 수 있다. 다만, 본 발명에서 투광성 폴리머층(105)은 반드시 필요한 요소는 아니며, 투광성 폴리머층(105) 없이 바로 광변환층(106)이나 렌즈(107)를 형성할 수도 있을 것이다. 또한, 도시하지는 않았으나, 투광성 폴리머층(105)의 가장 자리를 반사벽 구조를 형성하여 외부로 방출되는 빛의 지향각을 조절할 수도 있을 것이다.
1, a light transmitting
광변환층(106)은 발광구조물(101)로부터 방출된 빛의 파장을 변환하는 기능을 하며, 형광체이나 양자점(Quantum dot)과 같은 파장 변환 물질을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 파장 변환 물질은 그 자체로만 이루어진 플레이트 구조(예컨대, 세라믹 변환체)를 이루거나 실리콘 수지 등에 분산된 필름 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 파장 변환 물질이 형광체이고 발광구조물(101)로부터 청색 빛이 방출되는 경우, 적색 형광체로는 MAlSiNx:Re(1≤x≤5)인 질화물계 형광체 및 MD:Re인 황화물계 형광체 등이 있다. 여기서, M은 Ba, Sr, Ca, Mg 중 선택된 적어도 하나이고, D는 S, Se 및 Te 중 선택된 적어도 하나이며, Re는 Eu, Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br 및 I 중 선택된 적어도 하나이다. 또한, 녹색 형광체는 M2SiO4:Re인 규산염계 형광체, MA2D4:Re인 황화물계 형광체, β-SiAlON:Re인 형광체, MA'2O4:Re'인 산화물계 형광체 등이 있으며, M은 Ba, Sr, Ca, Mg 중 선택된 적어도 하나의 원소이고, A는 Ga, Al 및 In 중 선택된 적어도 하나이고, D는 S, Se 및 Te 중 선택된 적어도 하나이며, A'은 Sc, Y, Gd, La, Lu, Al 및 In 중 선택된 적어도 하나이며, Re는 Eu, Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br 및 I 중 선택된 적어도 하나이고, Re'는 Ce, Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br 및 I 중 선택된 적어도 하나일 수 있다.
The
또한, 양자점은 코어(core)와 쉘(shell)로 이루어진 나노 크리스탈 입자로, 코어의 사이즈가 약 2 ~ 100nm 범위에 있다. 또한, 양자점은 코어의 사이즈를 조절함으로 청색(B), 황색(Y), 녹색(G), 적색(R)과 같은 다양한 색깔을 발광하는 형광물질로 사용될수 있으며, II-VI족의 화합물반도체(ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, MgTe등), III-V족의 화합물반도체 (GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlAs, AlP, AlSb, AlS등) 또는 Ⅳ족 반도체(Ge, Si, Pb 등) 중 적어도 두 종류의 반도체를 이종 접합하여 양자점을 이루는 코어(core)와 쉘(shell) 구조를 형성할 수 있다. 이 경우, 양자점의 쉘(shell) 외각에 쉘 표면의 분자 결합을 종료시키거나 양자점의 응집을 억제하고 실리콘 수지나 에폭시 수지등 수지내에 분산성을 향상시키거나 또는 형광체 기능을 향상시키기 위해 올레인산(Oleic acid)과 같은 물질을 이용한 유기 리간드(Organic ligand)를 형성할 수도 있다.
The quantum dots are nanocrystalline grains composed of a core and a shell, and the size of the core is about 2 to 100 nm. The quantum dot can be used as a fluorescent material emitting various colors such as blue (B), yellow (Y), green (G) and red (R) by adjusting the size of the core. (ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe and MgTe) and Group III-V compound semiconductors (GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, , AlSb, AlS, and the like) or a Group IV semiconductor (Ge, Si, Pb, and the like) are bonded to each other to form a core and a shell structure constituting quantum dots. In this case, in order to terminate the molecular bonding of the shell surface to the outer shell of the quantum dots, to suppress the aggregation of the quantum dots, to improve dispersibility in the resin such as silicon resin or epoxy resin, or to improve the function of the phosphor, acid to form an organic ligand.
한편, 렌즈(107)는 발광구조물(101) 상부에 배치되어 빛의 지향각을 조절하며, 후술할 바와 같이, 개별 칩으로 분리된 상태에서 제조되는 패키지에 배치되는 것이 아니며, 후술할 바와 같이, 웨이퍼 레벨에서 제조되어 발광구조물(101) 및 기판(102)과 함께 다이싱된다. 이 경우, 도 1에 도시된 것과 같이, 렌즈(107)는 발광구조물(101) 상부에 배치되되 발광구조물(101)의 측면은 덮지 않도록 형성되며, 이에 따라, 발광 디바이스(100)의 크기를 줄이면서 동일한 웨이퍼에서 더 많은 칩을 얻을 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 것과 같이, 변형된 예로서, 렌즈(107`)는 표면에 형성된 마이크로 렌즈 어레이(a)를 포함할 수 있다. 렌즈(107`) 표면에 마이크로 렌즈 어레이가 형성됨에 따라 광 추출 효율이 더욱 향상될 수 있다.
Meanwhile, the
이하, 상술한 구조를 갖는 발광 디바이스를 제조하는 공정의 일 예를 설명한다. 도 5 내지 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 디바이스 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정별 단면도이다.
Hereinafter, an example of a step of manufacturing a light emitting device having the above structure will be described. 5 to 10 are cross-sectional views schematically showing a manufacturing method of a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
우선, 도 5에 도시된 것과 같이, 성장 기판(109) 상에 발광구조물(101)을 형성한다. 성장 기판(109)은 반도체 단결정을 성장시키기 위한 기저 기판으로 사용되며, 예컨대, 사파이어 기판을 사용할 수 있다. 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a축 방향의 격자상수가 각각 13.001Å 및 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 반도체를 성장하기 위한 기판으로 유용하게 사용된다. 물론, 형태에 따라서는 SiC, GaN, ZnO, MgAl2O4, MgO, LiAlO2 및 LiGaO2 등으로 이루어진 기판도 사용이 가능하다.
First, as shown in FIG. 5, a
발광구조물(101)은 도 2에 도시된 것과 같이 제1 및 제2 도전형 반도체층(203, 201)과 활성층(202)을 포함하며, 앞서 설명한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(203)과 기판(102)이 서로 인접 배치되므로, 성장 기판(109) 상에는 제2 도전형 반도체층(201)을 우선적으로 성장시킨 것과 같다. 이 경우, 제1 및 제2 도전형 반도체층(203, 201)과 활성층(202)은 MOCVD, MBE, HVPE 등의 공정을 이용하여 성장될 수 있다.
The
다음으로, 도 6에 도시된 것과 같이, 발광구조물(101) 상에 지지체로서 기판(102)을 부착하며, 이후, 발광구조물(101)로부터 성장 기판(109)을 분리한다. 기판(102)은 성장 기판(102)의 제거를 위하여 레이저 리프트 오프 등의 공정을 수행할 시 상기 발광구조물(101)을 지지하는 지지체의 역할을 수행하며, 전기 전도성 물질로 이루어질 경우, 발광구조물(101)에 전기 신호를 전달하는 역할도 수행할 수 있다. 이 경우, 기판(102)은 도금 또는 본딩 접합 등의 방법으로 형성될 수 있을 것이다. 다만, 후술할 바와 같이, 기판(102)은 반드시 전기 전도성 물질로만 형성되는 것은 아니며, 비전도성 물질, 예컨대, 알루미나, AlN, 언도프 실리콘 등의 물질로 이루어질 수도 있다. 한편, 성장 기판(109)의 분리는 성장 기판(109)과 발광구조물(101) 사이 영역에 레이저를 조사하는 레이저 리프트 오프를 이용하여 수행될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 예컨대, 화학적 리프트 오프 등의 방법을 이용할 수도 있을 것이다.
Next, as shown in Fig. 6, a
다음으로, 도 7에 도시된 것과 같이, 발광구조물(101)과 기판(102)에 관통구(H)를 형성한다. 도 7에서는 관통구(H)가 하나 형성된 예를 들고 있으나, 제조되는 디바이스의 수에 따라 관통구(H)는 2개 이상 형성될 수도 있을 것이다. 또한, 발광구조물(101)과 기판(102)이 접합된 후 한번에 관통구(H)를 형성하는 것 외에 발광구조물(101) 및 기판(102) 각각에 관통구를 형성한 후 접합하는 방법도 이용될 수 있을 것이다. 이후, 관통구(H)의 내벽에 절연체(104)를 증착 등의 공정으로 형성한다. 앞서 설명한 바와 같이, 절연체(104)는 전기 전도성을 갖는 발광구조물(101)과 기판(102)과 단자부가 직접 접촉하지 않도록 하기 위한 것이다. 이 경우, 절연체(104)는 관통구(H)의 내벽 외에도 제2 단자부(103b)의 형성에 따라 적절히 연장되어 형성될 수 있으며, 예를 들어, 도 7과 같이, 기판(102)의 하면을 따라 형성될 수 있다.
Next, as shown in FIG. 7, a through hole H is formed in the
다음으로, 도 8에 도시된 것과 같이, 제1 및 제2 단자부(103a, 103b)를 형성하며, 이 경우에도 당 기술 분야에서 공지된 적절한 증착이나 도금 공정을 이용할 수 있을 것이다. 본 실시 형태의 경우, 제1 단자부(103a)는 기판(102)의 하면에 형성되어 발광구조물(101)과 연결되며, 제2 단자부(103b)는 발광구조물(101)의 상면으로부터 연장되어 관통구(H)를 채우며, 기판(102) 하면 중 일부를 덮도록 형성된다.
Next, as shown in Fig. 8, first and second
다음으로, 도 9에 도시된 것과 같이, 발광구조물(101) 상에 투광성 폴리머층(105)과 광변환층(106)을 형성하며, 이후, 도 10에 도시된 것과 같이, 그 위에 렌즈(107)를 형성한다. 렌즈(107)의 경우, 미리 칩 단위로 분리되지 않고, 복수 개의 렌즈가 일체로 형성된 구조, 즉, 웨이퍼 레벨 렌즈로 형성된다. 이러한 웨이퍼 레벨 렌즈는 별도로 제작되어 발광구조물(101) 상부에 부착될 수도 있으며, 이와 달리, 부착된 후 개별 렌즈 형태로 성형될 수도 있다. 이어서, 개별 발광 디바이스로 분리되도록 렌즈(107)가 부착된 구조물을 화살표 방향으로 절단하며, 이에 의하여, 도 10의 예에서는 3개의 발광 디바이스가 얻어질 수 있다.
9, a light transmitting
도 11은 도 1의 실시 형태에서 변형된 예에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시 형태의 경우, 발광 디바이스(200)는 앞선 실시 형태와 달리, 전기 절연성 기판(102`)을 사용하였으며, 예컨대, 알루미나, AlN, 언도프 실리콘 등의 물질을 예로 들 수 있다. 전기 절연성 기판(102`)을 사용함에 따라, 제1 단자부(103a)는 도전성 비아(V)에 의하여 발광구조물(101)과 접속될 수 있으며, 절연체(104)는 기판(102`)과 제2 단자부(103b) 사이 영역에는 형성되지 않을 수 있다.
11 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting device according to a modified example of the embodiment of FIG. In the case of this embodiment, the light-emitting
한편, 앞선 실시 형태에서는 발광구조물(101)이 상면 및 하면을 통하여 외부의 전기 신호가 인가되는 구조를 설명하였으나, 발광구조물(101)의 한 쌍의 전극은 서로 동일한 방향을 향하도록 배치될 수도 있을 것이다. 구체적으로, 상기 한 쌍의 전극이 렌즈(107)가 배치된 방향을 향하는 경우에는 제1 단자부(103a)는 제2 단자부(103b)와 동일한 형태, 즉, 발광구조물(101)의 상면으로부터 발광구조물(101) 및 기판(102, 102`)의 측면으로 연장된 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 한 쌍의 전극이 기판(102, 102`)이 배치된 방향을 향하는 경우(플립칩 구조)에는 제1 및 제2 단자부(103a, 103b)는 모두 기판(102, 102`)을 관통하는 도전성 비아(V)에 의하여 발광구조물(101)과 전기적으로 연결될 수 있을 것이다.
Although the structure in which the
도 12는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 12를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 발광 디바이스(300)는 기판(302)과 그 위에 배치된 발광구조물(301), 제1 및 제2 단자부(303a, 303b), 광변환층(306) 및 렌즈(307)를 포함하는 구조이다. 도시하지는 않았으나, 투광성 폴리머층이 발광구조물(301)과 광변환층(306) 사이에 배치될 수 있을 것이다. 앞선 실시 형태와 다른 구조를 설명하면, 본 실시 형태의 경우, 기판(302)은 전기 절연성 기판으로 채용되며, 제1 단자부(303a)는 기판(302)를 관통하는 도전성 비아를 통하여 발광구조물(301)의 제1 도전형 반도체층(403)과 접속되는 한편, 하면은 외부로 노출될 수 있다. 이 경우, 제1 단자부(303a)에서, 제1 도전형 반도체층(403)과 기판(302) 사이에 해당하는 부분은 제1 도전형 반도체층(403)과 오믹 컨택을 이루면서 광 반사 기능을 이루는 반사금속층으로 제공될 수 있다.
12 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting device according to another embodiment of the present invention. 12, the
제2 단자부(303b)의 경우, 제1 단자부(303a)와 마찬가지로 기판(302)을 관통하는 도전성 비아를 구비하며, 하면이 외부로 노출된 구조를 갖는다. 또한, 제2 단자부(303b)는 제1 도전형 반도체층(403) 및 활성층(402)을 관통하여 제2 도전형 반도체층(401)과 접속된 도전성 비아를 구비한다. 제2 도전형 반도체층(401)과 접속된 도전성 비아와 활성층(402) 및 제1 도전형 반도체층(403) 사이에는 절연체(304)가 배치되어 단락을 방지할 수 있다. 제2 단자부(303b)가 이러한 구조를 가짐으로써, 발광구조물(301) 상면에 빛의 진행을 방해하는 부분이 없어져 광 추출 효율이 향상될 수 있으며, 컨택 영역이 제2 도전형 반도체층(401) 내부에 있어 전류 분산에도 유리할 수 있다. 이 경우, 전류 분산에 더욱 유리하도록 제2 단자부(303b)는 제2 도전형 반도체층(401)과 접촉하는 도전성 비아를 2개 이상 구비할 수 있다. 한편, 도 12의 예에서는 도전성 비아가 일체로 형성된 구조, 즉, 기판(302)에 형성된 도전성 비아와 발광구조물(301)에 형성된 도전성 비아가 하나의 도전성 비아의 일부를 이루는 것으로 도시하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 서로 전기적으로 연결되어 있다면 상기 2개의 도전성 비아는 공간적으로 분리될 수 있을 것이다.
The second
발광구조물(301)과 기판(302) 사이 또는 본 실시 형태와 같이 제1 단자부(303a)의 반사금속층 부분과 기판(302) 사이에는 본딩층(308)이 배치될 수 있으며, 본딩층(308)은 전기 절연성 물질로 이루어진다. 본딩층(308)으로 사용 가능한 전기 절연성 물질의 경우, 실리콘 수지나 에폭시 수지 등의 물질을 들 수 있으며, AuSn과 같은 도전성 본딩 물질을 사용하는 경우보다 상대적으로 공정 비용을 줄일 수 있다.
The
도 13 내지 15는 각각 도 12의 실시 형태에서 변형된 예에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 우선, 도 13을 참조하면, 본 실시 형태의 경우, 발광 디바이스(400)는 도 12의 실시 형태와 달리, 전기 전도성 기판(302`), 예를 들어, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs, GaN, SiC 등의 다양한 물질로 이루어지거나 이들 물질이 혼합 물질로 이루어진 기판을 사용하였으며, 이에 따라, 기판(302`)과 제1 및 제2 단자부(303a, 303b) 사이에는 절연체(304)가 추가로 배치된다.
13 to 15 are sectional views schematically showing a light emitting device according to a modified example of the embodiment of Fig. 12, respectively. 13, unlike the embodiment of FIG. 12, the
다음으로, 도 14의 실시 형태의 경우, 발광 디바이스(500)는 전기 전도성 기판(302`)을 사용하며, 제1 단자부(303a)는 직접 외부로 노출되지 않는다. 제1 단자부(303a)는 제1 도전형 반도체층(403)과 접속하며, 전기 절연성의 본딩층(308)을 관통하여 기판(302`)과 접속된다. 이 경우, 제1 단자부(303a)가 직접 외부로 노출되지는 않지만 기판(302`)이 단자부 역할을 수행하는 것으로 볼 수 있다.
Next, in the embodiment of FIG. 14, the
다음으로, 도 15의 실시 형태의 경우, 발광 디바이스(600)는 앞선 실시 형태에서 전기 절연성 본딩층(308)을 사용한 걸과 달리, 전기 전도성 본딩층(308`)을 사용한 점에서 차이가 있다. 전기 전도성을 갖는 본딩층(308`)의 경우, AuSn 등의 공융 금속층이나 도전성 에폭시 등을 이용할 수 있을 것이다. 본딩층(308`)이 전기 전도성을 가짐에 따라 절연체(304)는 본딩층(308`)과 제1 및 제2 단자부(303a, 303b) 사이 영역까지 확장 배치된다.
Next, in the embodiment of FIG. 15, the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 발광 디바이스의 경우, 기판 및 본딩층은 전기 절연성 물질이나 전기 전도성 물질을 모두 채용할 수 있으며, 이에 따라, 내부의 전기 연결 및 절연 구조가 다양하게 변형될 수 있다.
As described above, in the case of the light emitting device proposed in the present invention, the substrate and the bonding layer can employ both the electrically insulating material and the electrically conductive material, .
한편, 도 12 내지 15의 실시 형태에 따른 발광 디바이스의 경우, 도 5 내지 10을 통하여 앞서 설명한 제조 방법을 적절히 변형하여 제조될 수 있을 것이다. 즉, 관통구 대신 발광구조물(301)을 관통하지 않는 범위에서 홈을 형성하여 제2 도전형 반도체층(401)과 연결되는 도전성 비아를 형성하는 점에서 차이가 있다. 다른 차이로서, 도 5 내지 10의 실시 형태에서는 제2 단자부(103b)가 발광구조물(101) 및 기판(102)의 측면을 따라 형성되므로, 다이싱 영역 중 일부는 제2 단자부(103b)가 되나, 도 12 내지 15의 실시 형태의 경우에는 제1 및 제2 단자부(303a, 303b)의 도전성 비아 부분은 다이싱 영역으로 제공되지 않는다.
On the other hand, in the case of the light emitting device according to the embodiment of FIGS. 12 to 15, the manufacturing method described above through FIGS. 5 to 10 may be suitably modified. That is, a groove is formed in a range not penetrating the
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is intended to be limited only by the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. something to do.
101: 발광구조물 102: 기판
103a, 103b: 제1 및 제2 단자부 104: 절연체
105: 투광성 폴리머 106: 광변환층
107: 렌즈 108: 본딩층
109: 성장 기판 201: 제1 도전형 반도체층
202: 활성층 202: 제2 도전형 반도체층
H: 관통구 V: 도전성 비아101: light emitting structure 102: substrate
103a, 103b: first and second terminal portions 104: insulator
105: translucent polymer 106: photo-conversion layer
107: lens 108: bonding layer
109: Growth substrate 201: First conductive type semiconductor layer
202: active layer 202: second conductivity type semiconductor layer
H: Through hole V: Conductive via
Claims (23)
상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 적층된 구조를 구비하는 발광구조물;
상기 발광구조물 상에 배치되어 상기 발광구조물에서 방출된 빛의 파장을 변환하는 광변환층;
상기 광변환층 상에 배치된 렌즈;
상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되며 상기 기판을 관통하여 외부로 노출된 제1 단자부; 및
상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되며 상기 기판을 관통하여 외부로 노출된 제2 단자부;를 포함하며,
상기 제2 단자부는 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제2 도전형 반도체층과 접속된 도전성 비아를 가지며,
상기 렌즈의 외측면과 상기 광변환층의 외측면 및 상기 기판의 외측면이 공면인 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
Board;
A light emitting structure disposed on the substrate and having a structure in which a first conductivity type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor layer are stacked;
A light conversion layer disposed on the light emitting structure to convert a wavelength of light emitted from the light emitting structure;
A lens disposed on the light conversion layer;
A first terminal portion electrically connected to the first conductivity type semiconductor layer and exposed to the outside through the substrate; And
And a second terminal portion electrically connected to the second conductivity type semiconductor layer and exposed to the outside through the substrate,
And the second terminal portion has a conductive via which is connected to the second conductive type semiconductor layer through the first conductive type semiconductor layer and the active layer,
Wherein the outer surface of the lens, the outer surface of the light conversion layer, and the outer surface of the substrate are coplanar.
상기 발광구조물 및 상기 기판 사이에 배치된 본딩층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
The method according to claim 1,
And a bonding layer disposed between the light emitting structure and the substrate.
상기 본딩층은 전기 절연성을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
3. The method of claim 2,
Wherein the bonding layer has electrical insulation.
상기 기판은 전기 전도성 기판이고,
상기 제1 단자부에서 상기 기판을 관통하는 영역은 상기 기판과 동일한 물질로 이루어지며, 상기 기판과 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate is an electrically conductive substrate,
Wherein a region through the substrate at the first terminal portion is made of the same material as the substrate and is formed integrally with the substrate.
상기 도전성 비아와 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 활성층 각각의 사이에 배치된 절연체를를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
The method according to claim 1,
Further comprising an insulator disposed between the conductive via, the first conductivity type semiconductor layer, and the active layer, respectively.
상기 렌즈는 상기 발광구조물의 측면은 덮지 않도록 형성된 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
The method according to claim 1,
And the lens is formed so as not to cover the side surface of the light emitting structure.
상기 렌즈와 상기 발광구조물 사이에 배치된 투광성 폴리머층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
The method according to claim 1,
And a light-transmitting polymer layer disposed between the lens and the light-emitting structure.
상기 렌즈는 표면에 형성된 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
The method according to claim 1,
Wherein the lens comprises a microlens array formed on the surface.
상기 발광구조물 상에 지지 기판을 부착한 후 상기 성장 기판을 상기 발광구조물로부터 분리하는 단계;
상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되며 상기 기판을 관통하여 외부로 노출된 제1 단자부를 형성하는 단계;
상기 발광구조물 및 상기 지지 기판에 상기 제2 도전형 반도체층이 노출되도록 홈을 형성하는 단계;
상기 제2 도전형 반도체층과 접속되도록 상기 홈을 적어도 일부 채우는 제2 단자부를 형성하는 단계;
상기 발광구조물 상에 상기 발광구조물에서 방출된 빛의 파장을 변환하는 광변환층을 형성하는 단계;
상기 광변환층 상에 렌즈를 형성하는 단계; 및
상기 렌즈, 상기 광변환층, 상기 발광구조물 및 상기 지지 기판을 일체로 절단하여 개별 발광 디바이스로 분리하는 단계;를 포함하고,
상기 렌즈의 외측면과 상기 광변환층의 외측면 및 상기 지지 기판의 외측면이 공면인 구조를 갖는 발광 디바이스 제조방법.Growing a first conductivity type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor layer on a growth substrate to form a light emitting structure;
Attaching a support substrate on the light emitting structure and separating the growth substrate from the light emitting structure;
Forming a first terminal portion that is electrically connected to the first conductive type semiconductor layer and is exposed to the outside through the substrate;
Forming a groove in the light emitting structure and the supporting substrate to expose the second conductivity type semiconductor layer;
Forming a second terminal portion at least partially filling the groove to be connected to the second conductive type semiconductor layer;
Forming a light conversion layer on the light emitting structure for converting a wavelength of light emitted from the light emitting structure;
Forming a lens on the photo-conversion layer; And
And separating the lens, the light conversion layer, the light emitting structure, and the support substrate into an individual light emitting device,
Wherein the outer surface of the lens, the outer surface of the light conversion layer, and the outer surface of the support substrate are coplanar.
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