KR101778157B1

KR101778157B1 - 발광소자

Info

Publication number: KR101778157B1
Application number: KR1020100110015A
Authority: KR
Inventors: 배정혁; 김현주
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2017-09-26
Also published as: KR20120048401A

Abstract

실시예에 따른 발광소자는 제너 다이오드와, 기판 제거 및 지지부재 형성을 통해, 발광소자의 구조적 안정성 및 신뢰성을 증대시키고, ESD에 내성을 더욱 증대시킬 수 도 있으며, 코팅공정이 용이할 수 있다.

Description

발광소자{Light Emitting device}

실시예는 발광소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광소자는 제너 다이오드와, 기판 제거 및 지지부재 형성을 통해, 발광소자의 구조적 안정성 및 신뢰성을 증대시키고, ESD에 내성을 더욱 증대시킬 수 도 있으며, 코팅고정이 용이한 발광소자에 관한 것이다.

형광등은 흑점 현상, 짧은 수명 등으로 잦은 교체와 형광물질 사용으로 친환경을 지향하는 미래 조명시장의 흐름에 반하므로 점차 타 광원으로 대치되고 있는 추세이다.

이에 타 광원으로 가장 주목받고 있는 것은 LED(Light Emitting Diode)로써, 반도체의 빠른 처리 속도와 낮은 전력 소모 등의 장점과 함께, 환경 친화적이면서도 에너지 절약 효과가 높아서 차세대 광원으로 꼽히고 있다. 따라서, 기존의 형광등을 대체하기 위한 LED의 활용은 활발히 진행 중에 있다.

현재, LED와 같은 반도체 발광 소자는 텔레비전, 모니터, 노트북, 휴대폰, 및 기타 디스플레이장치를 구비하는 다양한 장치에 적용되고 있으며, 특히 기존의 CCFL을 대체하여 백 라이트 유닛으로도 널리 사용되고 있다.

최근에는 발광소자를 조명광원으로 이용하기 위해서 고휘도화가 요구되고 있으며, 이러한 고휘도화를 달성하기 위하여 전류를 균일하게 확산시켜 발광 효율을 증가시킬 수 있는 발광소자를 제작하기 위한 연구가 진행 중에 있다.

실시예는, 기판 제거 및 지지부재 형성을 통해, 발광소자의 구조적 안정성 및 신뢰성을 증대시키는 발광소자를 제공한다.

실시예는, 코팅공정이 용이한 발광소자를 제공한다.

실시예는, 발광구조물 상측의 캐비티에 봉지재를 충진하여서, 발광구조물의 신뢰성 및 연색성을 증대시킬 수 있는 발광소자를 제공한다.

실시예는, 발광구조물과 절연 물질 또는 절연 공간에 의해 분리 된 반도체구조물 의해 더욱 우수한 ESD 내성을 가질 수 있는 발광소자를 제공한다.

실시예에 따른 발광소자는, 제 1 지지부재, 상기 제1 지지부재 상에 순차적으로 배치되는 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 발광구조물, 상기 발광 구조물과 제1 절연층을 사이에 두고 분리된 반도체 구조물, 상기 발광구조물의 제2 반도체층에 접속되고 상기 반도체구조물의 제1 반도체층에 접속되는 배선, 상기 제1 지지부재와 상기 발광 구조물의 제1 반도체층 사이에 배치되는 제1 전극, 상기 발광 구조물의 제2 반도체층 상에 배치되는 제2 전극 및 상기 반도체 구조물 상에 형성된 제2 지지부재를 포함할 수 있다.여기서, 상기 제2 지지부재는 발광구조물 상에 캐비티가 형성되도록, 상기 반도체구조물의 상부에서부터 상기 발광구조물의 외주부에 노출된 제1 전극 상에 연결되어 형성되고, 상기 제2 지지부재와 상기 발광구조물의 측면 사이에 적어도 제2 반도체층의 측면 및 활성층의 측면에 형성되는 제2 절연층을 포함할 수 있다.

기판 제거 및 지지부재 형성을 통해 발광소자의 구조적 안정성 및 신뢰성을 증대시키는 장점이 있다.

또한, 제2 지지부재가 실리콘을 포함하는 캐리어 웨이퍼로 구현되는 경우 차후 코팅공정에서 패턴 형성 시 공정제어가 어려운 두꺼운 PR(Photo Resist)을 사용하지 않아도 되고, 패턴 공정을 생략할 수 있는 장점도 있다.

또한, 제너 실장형 발광소자로써, 기판 제거 및 지지부재 형성을 통해 ESD(Electrostatic Discharge)로부터 발광소자를 더욱더 효과적으로 보호할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 발광소자의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 면을 나타낸 단면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 4 내지 도 9는 실시예에 따른 발광소자의 제조공정을 나타낸 공정순서도이다.
도 10은 실시예의 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 단면도이다.

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 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

또한, 실시 예에서 발광소자의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 발광소자를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.

도 1은 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1의 발광소자의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 면을 나타낸 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예의 발광소자(100)는 제1 지지부재(110) 및 제1 지지부재(110) 상에 발광반도체구조물(150)을 포함할 수 있다.

제1 지지부재(110)는 열전도성이 우수한 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 또한 전도성 물질로 형성할 수 있는데, 금속 물질 또는 전도성 세라믹을 이용하여 형성할 수 있다. 제1 지지부재(110)은 단일층으로 형성될 수 있고, 이중 구조 또는 그 이상의 다중 구조로 형성될 수 있다.

실시 예에서, 제1 지지부재(110)은 전도성을 갖는 것으로 설명한다.

즉, 제1 지지부재(110)는 기판을 포함하며, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC, SiGe, GaN, Ga2O3 등) 등으로 구현될 수 있으나, 바람직하게는 실리콘(Si)을 포함하는 캐리어 웨이퍼로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같은 제1 지지부재(110)은 발광소자(100)에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광소자(100)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.

제1 지지부재(110) 상에는 제1 지지부재(110)와 발광반도체구조물(150) 또는 제1 전극(120)과의 접착을 위한 접착층(미도시)이 적층될 수 있다.

접착층은 접착력이 있는 모든 금속물질을 포함하며, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 접합층은 서로 다른 접합층을 접합시켜 형성될 수 있으며, 다층으로 형성될 수도 있으나 이에 대해 한정되지 않는다.

제1 지지부재(110) 상에는 제1 반도체층(152), 제2 반도체층(154) 및 제1, 2 반도체층(152, 154) 사이에 활성층(156)을 포함하며, 발광영역(A)의 발광구조물(150a)및 제너영역(B)의 반도체구조물(150b)을 포함하는 발광반도체구조물(150)이 형성될 수 있다.

여기서, 발광구조물(150a)은 제1 반도체층(152), 제2 반도체층(154) 및 제1, 2 반도체층(152, 154) 사이에 활성층(156)이 개재된 구성으로 이루어지는 것으로 설명한다. 물론, 반도체구조물(150b)도 동일한 구성으로 이루어지는 것으로 설명한다.

제1 반도체층(152)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, n형 반도체층은 In_xAl_yGa_(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.

제1 반도체층(152)의 상부에는 활성층(156)이 형성될 수 있다.

활성층(156)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다. 활성층(156)이 양자우물구조로 형성된 경우 예를 들면, In_xAl_yGa_1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과 In_aAl_bGa₁ _-a-bN (0≤a≤1, 0 ≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 양자우물구조를 가질 수 있다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 활성층(156)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(133)의 밴드 갭보다는 높은 밴드 갭을 가질 수 있다.

활성층(156)의 상부에는 제2 반도체층(154)이 형성될 수 있다.

제2 반도체층(154)은 p형 반도체층으로 구현되어, 활성층(156)에 정공을 주입할 수 있다. 제2 반도체층(154)은 In_xAl_yGa_(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.

상술한 제1 반도체층(152), 활성층(156) 및 제2 반도체층(154)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정되지 않는다.

또한, 제1 반도체층(152) 및 제2 반도체층(154) 내의 도전형 도펀트의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 복수의 반도체층의 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

또한, 상술한 바와는 달리 제1 반도체층(152)이 p형 반도체층을 포함하고, 제2 반도체층(154)이 n형 반도체층을 포함할 수도 있다. 즉, 제1 반도체층(152)과 제2 반도체층(154)은 제1 활성층(156)을 중심으로 서로 형성되는 위치가 바뀌어도 무방하다.

발광반도체구조물(150)은 발광구조물(150a)과 발광구조물(150a) 에서 이격된 반도체구조물(150b)로 구획되는데, 발광구조물(150a)의 크기는 발광소자(100)가 요구하는 광도를 기준으로 하여 다양하게 형성될 수 있다.

제1 지지부재(110)와 발광구조물(150a)의 제1 반도체층(152) 사이에는 제1 전극(120) 및 반사층(111)이 포함될 수 있다.

제1 전극(120)은 발광구조물(150a)과 일부 영역이 수직적으로 중첩되도록 형성되고, 제1 전극(120)의 폭은 발광구조물(150a)의 폭보다 넓게 형성되는 것이 바람직하다.

제1 전극(120)은 전도성 물질을 포함할 수 있고, 예를 들면, 니켈(Ni), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 은(Ag), 텅스텐(W), 구리(Cu), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd), 바나듐(V), 코발트(Co), 니오브(Nb), 지르코늄(Zr), 산화인듐주석(ITO, Indium Tin Oxide), 알루미늄산화아연(AZO, aluminum zinc oxide), 인듐 아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

제1 지지부재(110)와 제1 전극(120)의 사이에는 반사층(111)이 형성될 수 있다. 반사층(111)의 폭은 제한이 없으나 바람직하게는 발광구조물(150a)의 폭보다 넓게 형성될 수 있다.

반사층(111)은 발광구조물(150a)의 활성층(156)에서 발생된 광 중 일부가 제1 지지부재(110) 방향으로 향하는 경우, 발광소자(100)의 상부 방향으로 향하도록 광을 반사시켜 발광소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.

따라서, 반사층(111)은 광을 반사할 수 있는 재질로써, 예를 들면, 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 백금(Pt), 금(Au), 하프늄(Hf) 및 이들 중 둘 이상의 합금으로 구성된 물질 중에서 한 층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있고, 굴절율이 서로 다른 물질이 다층으로 적층된 구조로 형성될 수도 있으며, 상술한 재질 외에 다른 재질로 형성될 수 있고, 이에 한정을 두지 않는다.

발광구조물(150a)과 반도체구조물(150b)의 전기적 쇼트를 방지하기 위하여 제1 절연층(131)은 발광구조물(150a)과 마주보는 반도체구조물(150b)의 측면에 형성될 수 있다. 다시 설명하면, 제1 전극(120)이 발광구조물(150a)과 반도체구조물(150b) 사이의 이격된 공간의 모든 또는 일부 영역에 형성되는 것이다. 그리고, 모든 영역에 제1 절연층(131)이 형성되는 경우 제1 절연층(131) 중 배선(180)이 형성될 일부 영역이 식각될 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다.

그리고, 제1 지지부재(110)와 반도체구조물(150b)의 제1 반도체층(152) 사이에는 제1 절연층(131) 연장되어 형성될 수 있다.

다시 설명하면, 제1 절연층(131)은 제1 지지부재(110)와 반도체구조물(150b) 사이를 전기적으로 단절시키기 위한 것이다. 또한, 제1 절연층(131)은 반도체구조물(150b)과 중첩되도록 형성될 수 있다.

제1 절연층(131)은 비전도성의 유기물질 또는 무기물질을 포함하며, 바람직하게는 유기물질로써 예를 들면, 우레탄, 폴리에스터 또는 아크릴로 형성될 수 있고, 또한 단층, 다층 구조로도 형성될 수 있으며, 빈 공간일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는 것은 당연하다.

또한, 발광반도체구조물(150)은 배선(180) 및 배선(180)을 감싸는 제3 절연층(133)을 더 포함할 수 있다.

배선(180)은 발광구조물(150a)의 제2 반도체층(154)에 접속되어 반도체구조물(150b)의 제1 반도체층(152)에 접속될 수 있다. 다시 설명하면, 배선(180)은 발광구조물(150a)의 제2 반도체층(154)과 반도체구조물(150b)의 제1 반도체층(152)을 전기적으로 연결한다.

그리고, 배선(180)은 도 2에서는 발광구조물(150a)의 제2 반도체층(154)의 상면에 접속되어 소정의 식각방법에 의해 노출된 반도체구조물(150b)의 제1 반도체층(152)의 상면에 접속되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 아니하고 발광구조물(150a)의 제2 반도체층(154)과 반도체구조물(150b)의 제1 반도체층(152)을 연결하는 것이면, 발광구조물(150a)과 반도체구조물(150b)의 이격된 공간에서 어떤 형상 또는 배치더라도 상관이 없다. 예를 들면, 배선(180)이 발광구조물(150a)의 제2 반도체층(154)의 측면에 접속되어 반도체구조물(150b)의 제1 반도체층(152)의 측면에 접속될 수도 있다.

또한, 배선(180)은 전도성 금속물질 전도성 비금속 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들면, 니켈(Ni), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 은(Ag), 텅스텐(W), 구리(Cu), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd), 바나듐(V), 코발트(Co), 니오브(Nb), 지르코늄(Zr), 산화인듐주석(ITO, Indium Tin Oxide), 알루미늄산화아연(AZO, aluminum zinc oxide), 인듐 아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.

제3 절연층(133)은 배선(180)의 외주면을 감싸서 형성될 수 있다. 따라서, 제3 절연층(133)은 외부의 충격으로부터 배선(180)이 절단되는 것을 방지하고, 전기적 쇼트를 방지한다.

제3 절연층(133)은 상술한 배선(180)의 형상에 따라 그 외주면에 형성될 수 있다. 다시 설명하면, 배선(180)의 외주면에 제3 절연층(133)이 형성되고, 이를 제외한 발광구조물(150a)과 반도체구조물(150b)의 사이의 공간에는 제1 절연층(131)이 전기적 쇼트를 방지하기 위해 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 배선(180)과 제3 절연층(133)은 접촉되어 형성되거나 이격되어 형성될 수 있지만, 바람직하게는 접촉되어 형성될 수 있다.

발광구조물(150a)의 제2 반도체층(154) 상에는 제2 전극(190)이 형성될 수 있다.

제2 전극(190)은 발광구조물(150a)의 제2 반도체층(154) 상에 배치되고, 전원과 와이어 본딩으로 연결되어 전원을 공급받는다.

반도체구조물(150b) 상에는 제2 지지부재(170)가 더 포함될 수 있다.

또한, 제2 지지부재(170)는 발광구조물(150a) 상에 캐비티(160)가 형성되도록 반도체구조물(150b)의 상부에서부터 발광구조물(150a)의 외주부에 노출된 제1 전극(120) 상에 연결되어 형성될 수 있다. 즉, 발광구조물(150a)의 상측 영역을 제외한 제1 전극(120) 및 반도체구조물(150b)의 제2 반도체층(154) 상에 형성될 수 있다.

다시 설명하면, 발광구조물(150a)의 상측에 공간(캐비티(160))을 가지도록 제너영역(B)의 반도체구조물(150b)의 상측과 제1 전극(120)의 상측에 제2 지지부재(170)가 형성될 수 있다.

바람직하게는 반도체구조물(150b)과 마주보는 발광구조물(150a)의 측면을 제외한 다른 측면 중 일부영역이 제1 전극(120)이 노출되도록 식각되고, 제1 전극(120)의 상측에 제2 지지부재(170)가 형성될 수 있다.

제2 지지부재(170)는 제1 전극(120)과 반도체구조물(150b)의 제2 반도체층(154)을 전기적으로 연결하고, 발광반도체구조물(150)을 보호하는 역할을 한다.

즉, 제2 지지부재(170)는 발광구조물(150a) 상측의 영역을 제외한 영역에 발광구조물(150a) 보다 높게 형성될 수 있고, 발광구조물(150a)의 상측의 일부 영역을 제외한 영역에 발광구조물(150a) 보다 높게 형성될 수도 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.

캐비티(160)의 형상은 상측에서 봤을 때 사각형으로 도 1 에서 도시하고 있으나, 이에 한정되지 아니하고 삼각형, 사각형, 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.

제2 지지부재(170)는 기판을 포함하며, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC, SiGe, GaN, Ga2O3 등) 등으로 구현될 수 있으나, 바람직하게는 실리콘(Si)을 포함하는 캐리어 웨이퍼로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.

따라서, 제2 지지부재(170)가 실리콘(Si)을 포함하는 캐리어 웨이퍼로 구현되는 경우 차후 코팅공정에서 패턴 형성 시 공정제어가 어려운 두꺼운 PR(Photo Resist)을 사용하지 않아도 되고, 패턴 공정을 생략할 수 있는 장점이 있다.

또한, 제2 지지부재(170)와 발광구조물(150a)의 영역을 제외한 제1 전극(120) 및 반도체구조물(150b)의 제2 반도체층(154) 사이에는 전도성 접착층(171)이 형성될 수 있다.

전도성 접착층(171)은 접착력과 전도성을 가진 모든 물질이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 Cu, Ni, Ag, Mo, Al, Au, Nb, W, Ti, Cr, Ta, Al, Pd, Pt, Si, Al-Si, Ag-Cd, Au-Sb, Al-Zn, Al-Mg, Al-Ge, Pd-Pb, Ag-Sb, Au-In, Al-Cu-Si, Ag-Cd-Cu, Cu-Sb, Cd-Cu, Al-Si-Cu, Ag-Cu, Ag-Zn, Ag-Cu-Zn, Ag-Cd-Cu-Zn, Au-Si, Au-Ge, Au-Ni, Au-Cu, Au-Ag-Cu, Cu-Cu₂ O, Cu-Zn, Cu-P, Ni-B, Ni-Mn-Pd, Ni-P 및 Pd-Ni중 어느 하나를 포함할 수 있고, 이에 한정되는 않는다.

제2 지지부재(170)와 발광구조물(150a)의 측면 사이에는 제2 절연층(132)이 포함될 수 있다.

제2 절연층(132)은 제2 지지부재(170)와 발광구조물(150a)의 활성층(156) 및 제2 반도체층(154)의 전기적 쇼트를 방지한다.

제2 절연층(132)은 바람직하게는 적어도 반도체구조물(150b)의 제2 반도체층(154)의 측면 및 활성층(156)의 측면에 형성될 수 있고, 더욱 바람직하게는 발광구조물(150a)의 높이보다 높게 형성될 수 도 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.

따라서, 제너 실장형 발광소자로써, 제2 지지부재 때문에 ESD(Electrostatic Discharge)로부터 발광소자를 더욱더 효과적으로 보호할 수 있고, 코딩공정에서 두꺼운 제2 지지부재로 인해 작업공정이 수월하다.

도 3은 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.

도 3을 참조하여 설명하면, 다른 실시예에 따른 발광소자(100)는 상술한 실시예와 비교하여 봉지재(162) 또는 요철패턴을 더 포함할 수 있다.

요철패턴은 발광구조물(150a)의 제2 반도체층(154)의 상면에 형성될 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만 발광구조물(150a)의 제1 반도체층(152) 또는 활성층(156)에도 형성될 수 있다.

요철패턴은 반구 형상, 다각형 형상, 삼각뿔 형상 또는 나노 기둥 형상을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

요철패턴은 활성층(156)에서 발생한 빛의 전반사를 줄임으로써 발광소자의 발광효율을 증대시킬 수 있다.

표면요철패턴은 습식식각(wet etching), 건식식각(dry etching) 또는 LLO(laser lift off) 방법에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

봉지재(162)는 발광구조물(150a) 상에 형성된 캐비티(160)에 충진될 수 있다.

또한, 봉지재(162)는 다양한 형상을 가질 수 있으나, 제2 지지부재(170) 보다 높게 형성되고, 외부로 노출되는 면이 렌즈 형상을 가지게 형성되는 것이 바람직하다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 봉지재(162)의 렌즈형상으로 인해 광원에서 출사되는 빛의 전반사를 방지하여 발광소자의 광효율을 증가시킬 수 있다.

봉지재(162)는 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있으며, 캐비티(160) 내에 충진된 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.

봉지재(162)는 형광체를 포함할 수 있으며, 활성층(156)에서 방출되는 광의 파장에 형광체의 종류가 선택되어 발광소자(100)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.

봉지재(162)에 포함되어 있는 형광체는 활성층(156)에서 방출되는 광의 파장에 따라 청색 발광 형광체, 청록색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체, 황녹색 발광 형광체, 황색 발광 형광체, 황적색 발광 형광체, 오렌지색 발광 형광체, 및 적색 발광 형광체중 하나가 적용될 수 있다.

즉, 형광체는 활성층(156)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 활성층(156)에서 발생하는 빛이 청색 이고 형광체가 황색 형광체인 경우, 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 황색 빛을 방출할 수 있으며, 활성층(156)에서 발생한 청색 빛 및 청색 빛에 의해 여기 되어 발생한 황색 빛이 혼색됨에 따라 발광소자(100)는 백색 빛을 제공할 수 있다.

이와 유사하게, 활성층(156)에서 발생되는 빛이 녹색인 경우는 magenta 형광체 또는 청색과 적색의 형광체를 혼용하는 경우, 활성층(156)에서 발생되는 빛이 적색인 경우는 Cyan형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.

이러한 형광체는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 형광체일 수 있다.

또한, 봉지재(162)는 광확산재를 포함할 수 있다.

광확산재는 백색 금속 산화물인, 이산화티탄TiO₂), 산화바륨(BaO), 이산화규소(SiO₂), 산화마그네슘(MgO) 및 Y₂O₃ 중 어느 하나이거나, 또는 이산화티탄TiO₂), 산화바륨(BaO), 이산화규소(SiO₂), 산화마그네슘(MgO) 및 Y₂O₃ 중 적어도 2이상이 혼합될 수 있다.

도 4 내지 도 9는 실시예에 따른 발광소자의 제조공정을 나타낸 공정순서도이다.

도 4를 참조하면, 발광소자(100)는 성장기판(101) 상에 발광반도체구조물(150)을 성장시킬 수 있다.

성장기판(101)은 사파이어 기판(Al₂0₃), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, 그리고 GaAs 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 도면에 나타내지는 않았으나 성장기판(101)과 발광반도체구조물(150) 사이에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다.

상기 버퍼층은 3족과 5족 원소가 결합 된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 도펀트가 도핑될 수도 있다.

이러한, 성장기판(101) 또는 버퍼층(미도시) 위에는 언도프드 반도체(미도시)층이 형성될 수 있으며, 버퍼층(미도시)과 언도프드 반도체층(미도시) 중 어느 한 층 또는 두 층 모두 형성하거나 형성하지 않을 수도 있으며, 이러한 구조에 대해 한정되지는 않는다.

성장기판(101) 상에는 제1 반도체층(152), 제2 반도체층(154)및 활성층(156)을 포함하는 발광구조물(160)이 배치될 수 있으며, 제1 반도체층(152), 활성층(156) 및 제2 반도체층(154)은 도 1에서 상술한 바와 동일하므로 생략하도록 하고, 성장 방법은 상술한 바와 같다.

도 5를 참조하면, 발광반도체구조물(150)은 발광구조물(150a)과 반도체구조물(150b)로 분리된다, 즉 발광구조물(150a)과 이격되게 반도체구조물(150b)이 위치하도록 발광반도체구조물(150)를 소정의 식각방법에 의해 식각한다.

이후, 반도체구조물(150b)의 제1 반도체층(152)이 노출되도록 반도체구조물(150b)이 식각되고, 반도체구조물(150b)의 제1 반도체층(152) 상에 접속되어 발광구조물(150a)의 제2 반도체층(154)상에 접속되도록 배선(180)이 배치될 수 있다.

이후, 배선(180)의 외주면은 전기적 쇼트를 방지하기 위해 제3 절연층(133)에 의해 감싸질 수 있다.

이후, 발광구조물(150a)과 반도체구조물(150b)의 이격된 공간에 제1 절연층(131)이 형성될 수 있다.

이후, 반도체구조물(150b)과 마주보는 측면을 제외한 발광구조물(150a)의 외측면이 성장기판(1101)의 일부영역이 노출되도록 시각된다.

식각방법은 습식식각(wet etching), 건식식각(dry etching) 또는 LLO(laser lift off) 방법이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

도 6을 참조하면, 발광반도체구조물(150)과 성장기판 상에 제2 지지부재(170)가 형성될 수 있다. 또한, 발광반도체구조물(150)와 제2 지지부재(170) 사이에는 전도성 접착층(171)이 형성될 수도 있다.

도 7을 참조하면, 이후, 성장기판(101)이 제거될 수 있다. 성장기판(101)의 제거방법은 LLO공정이 사용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

도 8을 참조하면, 발광구조물(150a)의 제1 반도체층(152) 상에 제1 전극(120)이 형성될 수 있다.

이후, 제1 전극(120) 상에는 반사층(111)이 형성될 수 있다. 반사층(111)은 제1 전극(120)보다 크게 또는 작게 형성될 수 있고, 이에 대해 한정을 두지 않는다.

반도체구조물(150b) 상에 제1 절연층(131)이 연장되어 형성될 수 있다.

이후, 제1 전극(120)과 제1 절연층(131) 상에 제1 지지부재(110)가 형성될 수 있다.

도 9를 참조하면, 발광구조물(150a) 상에 캐비티(160)가 형성되도록, 발광구조물(150a)의 제2 반도체층(154)이 노출되게 소정의 식각방법으로 제2 지지부재(170)를 제거할 수 있다. 이때에 전도성 접착층(171)이 형성된 경우 같이 제거될 수 있다.

이후, 발광구조물(150a)의 제2 반도체층(154) 상에 제2 전극(190)이 형성될 수 있다.

도 10은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 단면도이다.

도 10을 참조하면, 발광 소자 패키지(300)는 몸체(320)와, 몸체(320)에 설치된 제1 전극층(331) 및 제2 전극층(332)과, 몸체(320)에 설치되어 제1 전극층(331) 및 제2 전극층(332)과 전기적으로 연결되는 실시예에 따른 발광소자(100)와, 발광소자(100)를 밀봉하는 몰딩부재(340)를 포함한다.

몸체(320)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 발광소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.

제1 전극층(331) 및 제2 전극층(332)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 제1 전극층(331) 및 제2 전극층(332)은 발광소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.

발광소자(100)는 몸체(320) 상에 설치되거나 제1 전극층(331) 또는 제2 전극층(332) 상에 설치될 수 있다.

발광소자(100)는 제1 전극층(331) 및 제2 전극층(332)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.

몰딩부재(340)는 발광소자(100)를 밀봉하여 보호할 수 있다. 또한, 몰딩부재(340)에는 형광체가 포함되어 발광소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.

발광 소자 패키지(300)는 상기에 개시된 실시 예들의 발광 소자 중 적어도 하나 또는 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

발광 소자 패키지(300)는 ESD에 대한 내성이 있고, 구조적으로 안정을 가진다.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 발광소자 110: 제1 지지부재
111: 반사층 120: 제1 전극
131: 제1 절연층 132: 제2 절연층
152: 제1 반도체층 154: 제2 반도체층
156: 활성층 160: 캐비티
170: 제2 지지부재 180: 배선
190: 제2 전극

Claims

제 1 지지부재;
상기 제1 지지부재 상에 순차적으로 배치되는 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 발광구조물;
상기 발광 구조물과 제1 절연층을 사이에 두고 분리된 반도체 구조물;
상기 발광구조물의 제2 반도체층에 접속되고 상기 반도체구조물의 제1 반도체층에 접속되는 배선;
상기 제1 지지부재와 상기 발광 구조물의 제1 반도체층 사이에 배치되는 제1 전극;
상기 발광 구조물의 제2 반도체층 상에 배치되는 제2 전극;
상기 발광 구조물 상에 캐비티가 형성되도록, 상기 반도체 구조물의 상부에서부터 상기 발광 구조물의 외주부에 노출된 제1 전극 상에 연결되어 형성된 제2 지지부재;
상기 제2 지지부재와 상기 발광 구조물의 측면 사이에 형성되되, 적어도 상기 제2 반도체층의 측면 및 상기 활성층의 측면에 상기발광구조물의 높이보다 높게 형성되는 제2 절연층; 및
상기 제1 지지부재와 상기 제1 전극 사이에 형성되는 반사층;을 포함하고,
상기 반사층의 폭은, 상기 발광 구조물의 폭보다 넓게 형성되고,
상기 제1 전극의 폭은, 상기 발광 구조물의 폭보다 넓게 형성되며,
상기 제1 절연층은,
상기 제1 지지부재와 상기 제1 반도체층 사이에 연장되어 형성되되, 상기 반도체 구조물과 중첩되도록 형성되는 발광소자.
삭제
제1항에 있어서,
상기 배선의 외주면에는 전기적 쇼트를 방지하는 제3 절연층이 더 포함되는 발광소자.
제1항에 있어서,
상기 제1 절연층은,
상기 반도체구조물과 상기 제1 지지부재 사이까지 연장되어 형성되는 발광소자.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 반도체구조물의 제2 반도체층 사이에 전도성 접착층이 포함되고,
상기 전도성 접착층은, 상기 활성층의 일부분과 중첩되는 발광소자.
제1항에 있어서,
상기 발광구조물의 제2 반도체층의 상면에는 요철패턴이 형성되는 발광소자.
제1항에 있어서,
제2 지지부재는 실리콘(Si)을 포함하는 캐리어 웨이퍼인 발광소자.
제3항에 있어서,
상기 배선은 상기 제3 절연층과 접촉되는 발광소자.
제1항에 있어서,
상기 캐비티는 봉지재에 의해 충진되는 발광소자.
제10항에 있어서,
상기 봉지재는 형광체를 포함하는 발광소자.
제10항에 있어서,
상기 봉지재는 광확산재를 포함하는 발광소자.
제10항에 있어서,
상기 봉지재는 제2 지지부재 보다 높게 형성되고, 외부로 노출되는 면이 렌즈 형상을 가지는 발광소자.
제1항, 제3항 내지 제4항, 제6항 내지 제13항 중 어느 한 항의 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지.