KR101818554B1 - 광전자 소자 그리고 광전자 소자를 제조하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 원시야(far field)에서 상이한 파장을 갖는 전자기 방사선을 혼합하기 위한 광전자 컴포넌트(1)와 관련이 있다. 캐리어(2) 상에는 제 1 스펙트럼 레인지(spectral range)의 전자기 방사선을 방출하기 위한 적어도 하나의 제 1 반도체 칩(3)이 제공되어 있다. 또한, 상기 캐리어(2) 상에는 제 2 스펙트럼 레인지의 전자기 방사선을 방출하기 위한 적어도 하나의 제 2 반도체 칩(4, 4a, 4b)도 제공되었다. 상기 제 1 및 제 2 스펙트럼 레인지는 서로 상이하다. 상기 적어도 하나의 제 1 반도체 칩(3) 및 상기 적어도 하나의 제 2 반도체 칩(4, 4a, 4b)은 단 하나의 패키지(package) 안에 배치되어 있다. 상기 적어도 하나의 제 1 반도체 칩(3)은 배리어(5)에 의해서 상기 적어도 하나의 제 2 반도체 칩(4, 4a, 4b)으로부터 광학적으로 분리되어 있다. 상기 적어도 하나의 제 1 반도체 칩(3) 및 상기 적어도 하나의 제 2 반도체 칩(4, 4a, 4b)은 각각 하나의 공통 대칭 중심(Z) 둘레에 중심 대칭으로(centrosymmetrically) 배치되어 있다.
Description
본 발명은 상이한 파장의 전자기 방사선을 혼합하기 위한 광전자 컴포넌트에 관한 것이다. 더 나아가서는 광전자 컴포넌트를 제조하기 위한 방법도 제시되어 있다.
혼색 광을 발생하기 위하여, 전자기 컴포넌트 안에서는 상이한 파장에서 전자기 방사선을 방출하는 반도체 칩들이 서로 바로 근처에서 조합될 수 있다. 이 경우에 제 1 반도체 칩은 제 2 반도체 칩의 전자기 방사선을 부분적으로 흡수할 수 있으며, 이와 같은 가능성은 광전자 컴포넌트의 발광력(luminous power)을 악화시킨다.
예를 들어 따뜻한 백색의 광을 발생하기 위해서는 청색을 방출하는 InGaN-반도체 칩이 적색을 방출하는 AlGaInP-반도체 칩과 조합될 수 있다. 이 경우에는 높은 흡수 손실이 발생할 수 있는데, 그 이유는 상기 InGaN-반도체 칩에 의해서 방출되고 대략 600 nm 미만의 파장을 갖는, 다시 말해 특히 청색 스펙트럼 레인지 안에 있는 파장을 갖는 전자기 방사선에 대하여 상기 AlGaInP-반도체 칩이 강하게 흡수 작용을 하기 때문이다.
본 발명의 과제는, 흡수 손실을 최소화하는 광전자 컴포넌트를 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 특허 청구항 제1항에 따른 광전자 컴포넌트에 의해서 그리고 독립 특허 청구항 제14항에 따른 광전자 컴포넌트를 제조하기 위한 방법에 의해서 해결된다.
본 발명에 따른 광전자 컴포넌트의 개선 예들 그리고 바람직한 실시 예들은 종속 청구항들에 기재되어 있다.
다양한 실시 예들은 특히 원시야(far field)에서 상이한 파장을 갖는 전자기 방사선을 혼합하기 위한 광전자 컴포넌트를 구비한다. 캐리어 상에는 제 1 스펙트럼 레인지(spectral range)의 전자기 방사선을 방출하기 위한 적어도 하나의 제 1 반도체 칩이 제공되어 있다. 또한, 상기 캐리어 상에는 제 2 스펙트럼 레인지의 전자기 방사선을 방출하기 위한 적어도 하나의 제 2 반도체 칩도 제공된다. 상기 제 1 및 제 2 스펙트럼 레인지는 서로 상이하다. 상기 적어도 하나의 제 1 반도체 칩 및 상기 적어도 하나의 제 2 반도체 칩은 단 하나의 패키지(package) 안에 배치되어 있다. 상기 적어도 하나의 제 1 반도체 칩은 배리어에 의해서 상기 적어도 하나의 제 2 반도체 칩으로부터 광학적으로 분리되어 있다. 또한, 상기 적어도 하나의 제 1 반도체 칩 및 상기 적어도 하나의 제 2 반도체 칩은 각각 하나의 공통 대칭 중심 둘레에 중심 대칭으로(centrosymmetrically) 배치되어 있다.
상기 배리어에 의해서는 상기 제 2 반도체 칩에 의해서 방출되는 전자기 방사선이 상기 제 1 반도체 칩에 의해서 흡수되는 상황이 방지된다. 상기 "중심 대칭으로(centrosymmetrically)"라는 표현은 상기 제 1 반도체 칩 및 제 2 반도체 칩이 각각 하나의 공통 대칭 중심 둘레에 배치되어 있다는 것을 의미한다. 다른 말로 표현하자면, 상기 광전자 컴포넌트는 상기 제 1 및 제 2 반도체 칩을 위한 하나의 공통된 무게 중심을 갖는다. 그럼으로써, 상기 광전자 컴포넌트로부터 시작되는 혼색 광은 상기 제 1 및 제 2 스펙트럼 레인지로부터 방출되는 전자기 방사선들의 매우 우수한 혼합을 갖게 된다. 특히 원시야에서는 상기 혼합이 우수하다.
한 가지 바람직한 실시 예에서, 제 1 반도체 칩은 광전자 컴포넌트의 한 내부 영역에 배치될 수 있다. 제 2 반도체 칩은 한 외부 영역에 배치될 수 있다. 특히 상기 제 2 반도체 칩은 상기 제 1 반도체 칩 둘레에 링 모양으로 배치될 수 있다. 이와 같은 배치 상태는 바람직한데, 그 이유는 이러한 배치 상태에 의해서는 특히 원시야에서 균일한 휘도에 도달될 수 있기 때문이다.
한 가지 바람직한 실시 예에서, 제 2 반도체 칩 둘레에는 추가의 배리어가 배치되어 있다. 이와 같은 상황은 바람직한데, 그 이유는 이러한 상황에 의해서는 캐스팅(casting) 재료가 원치 않게 외부로 흘러나가는 현상이 방지될 수 있기 때문이다.
한 가지 바람직한 실시 예에서, 배리어는 제 1 반도체 칩과 제 2 반도체 칩 사이에 링 모양으로 형성되어 있다. 이와 같은 형상은 바람직한데, 그 이유는 이러한 형상에 의해서는 전자기 방사선의 혼합이 원시야에서 비로소 이루어질 수 있는 것이 아니라, 오히려 수 센티미터 후에 이미 이루어질 수 있기 때문이다. 상기 혼합은 예컨대 평탄한 표면에서 이루어질 수 있다.
상기 추가의 배리어도 링 모양으로 형성될 수 있다.
한 가지 바람직한 실시 예에서, 배리어는 대략 200 ㎛ 내지 대략 2 mm의 높이, 바람직하게는 대략 500 ㎛의 높이를 가질 수 있다. 이와 같은 형상은 바람직한데, 그 이유는 이러한 형상에 의해서는 제 2 반도체 칩의 전자기 방사선이 제 1 반도체 칩에 의해서 흡수되는 상황이 피해지기 때문이다.
상기 반도체 칩들은 전자기 방사선을 방출하는 적어도 하나의 활성 구역을 갖는다. 상기 활성 구역은 pn-천이부(transition), 이중 헤테로 구조물, 다중-양자 웰 구조물(MQW), 단일-양자 웰 구조물(SQW)일 수 있다. 양자 웰 구조물은 양자 웰(3-dim), 양자 와이어(2-dim) 및 양자 점(1-dim)을 의미한다.
한 가지 바람직한 실시 예에서, 제 1 반도체 칩은 특히 적색 스펙트럼 레인지에서 전자기 방사선을 방출하도록 설계된 AlGaInP-반도체 칩일 수 있다.
제 2 반도체 칩은 화합물 반도체 재료상에서, 특히 갈륨 질화물(GaN)과 같은 질화물 화합물 반도체 재료상에서 성장될 수 있다. 예를 들어 상기 제 2 반도체 칩은 특히 청색 스펙트럼 레인지에서 전자기 방사선을 방출하도록 설계된 InGaN-반도체 칩일 수 있다.
한 가지 바람직한 실시 예에서, InGaN-반도체 칩에 의해서 방출되는 전자기 방사선의 한 부분은 변환 수단에 의해서 청색 스펙트럼 레인지로부터 황-녹색 스펙트럼 레인지로 변환될 수 있다. 상기 변환 수단은 형광 물질 입자를 구비할 수 있다. 상기 형광 물질 입자는 인광 물질을 구비할 수 있다. 상기 인광 물질은 이트륨 알루미늄 가닛을 구비할 수 있다. 상기와 같은 청색 광으로부터 황색 광으로의 부분적인 변환은 특히 바람직한데, 그 이유는 청색 광과 황색 광의 중첩으로부터 백색의 광이 발생 될 수 때문이다.
상기 AlGaInP-반도체 칩 및 상기 InGaN-반도체 칩을 하나의 패키지 안에 배치하는 것은 특히 바람직한데, 그 이유는 이와 같은 배치 상태에 의해서는 InGaN-반도체 칩으로부터 시작되는 청색 및 황-녹색 방사선과 적색 스펙트럼 레인지 안에 있는 전자기 방사선의 우수한 혼합에 도달될 수 있기 때문이다. 이와 같은 청색, 황색 및 적색 광의 혼합은 따뜻한 백색의 광을 발생하기에 특히 적합하다. 상기 AlGaInP-반도체 칩 및 상기 InGaN-반도체 칩의 중심 대칭 배열 상태에 의해서는 또한 따뜻한 백색의 광이 적어도 원시야에서는 높은 컬러 동질성(homogeneity)을 갖게 될 수 있다. 대략 600 nm 미만의 파장을 갖는 전자기 방사선에 대한 상기 AlGaInP-반도체 칩의 흡수가 강한 경우에는 광학 배리어에 의해서 상기 AlGaInP-반도체 칩을 상기 InGaN-반도체 칩으로부터 분리시키는 것이 특히 바람직하다.
상기 반도체 칩들은 주조(casting) 될 수 있다. 한 가지 캐스팅 재료는 콘택 와이어를 보호할 목적으로 이용되지만, 다른 무엇보다도 전자기 방사선의 외광 효율을 증가시킬 목적으로 이용된다. 캐스팅 재료가 제공된 경우의 효율은 캐스팅 재료가 없는 경우의 효율에 대하여 80 %까지만큼 증가 될 수 있다.
중앙에 있는 상기 AlGaInP-반도체 칩은 제 1 캐스팅 재료로 주조되었다. 캐스팅 재료로서는 실리콘 또는 에폭시수지가 사용될 수 있다. 이때 상기 AlGaInP-반도체 칩 둘레에 있는 배리어는 상기 제 1 캐스팅 재료를 위한 유동 방지부(flow stop)로서도 이용된다. 상기 제 1 캐스팅 재료는 가급적 적은 분산 중심을 포함한다. 적색 광은 파장 변환 없이 가급적 완전하게 제 1 캐스팅 재료를 벗어나야만 한다. 특히 상기 제 1 캐스팅 재료는 인광 물질을 전혀 함유하지 않는다.
한 가지 바람직한 실시 예에서, 상기 InGaN-반도체 칩은 특히 실리콘으로 이루어진 그리고 평면형 용적 캐스팅의 형태로 형성된 제 2 캐스팅 재료를 사용하여 주조되었다. 상기 제 2 캐스팅 재료는 변환 수단, 특히 인광 물질을 함유한다. 상기 변환 수단에 의해서는 상기 InGaN-반도체 칩에 의해서 청색 스펙트럼 레인지로부터 방출되는 전자기 방사선의 한 부분이 황-녹색 스펙트럼 레인지 안에 있는 전자기 방사선으로 변환된다.
한 가지 바람직한 실시 예에서, 반구형의 외광 렌즈는 AlGaInP-반도체 칩 위에 걸쳐있다. 다른 말로 표현하자면, 상기 외광 렌즈는 배리어에 의해서 상기 AlGaInP-반도체 칩 둘레에 감싸진 면, 더 상세하게 말하자면 내부 영역 혹은 방출 면을 덮는다. 상기 외광 렌즈는 바람직한데, 그 이유는 전(total) 반사된 방사선의 비율이 렌즈가 없는 배열 상태에 대하여 감소 됨으로써, 상기 외광 렌즈가 전자기 방사선에 대한 외광 효율을 증가시키기 때문이다.
한 가지 바람직한 실시 예에서, 상기 외광 렌즈의 구조는 소위 바이어슈트라쓰(Weierstrass) 조건을 충족시킨다. 이 조건은 그 위에 AlGaInP-반도체 칩이 배치되어 있는 구형 표면의 반경 대 외광 렌즈의 반경 비율이 상기 외광 렌즈 외부에서의 굴절률 대 상기 외광 렌즈 내부에서의 굴절률 비율에 상응할 것을 요구한다. 상기 조건은 아래와 같은 식으로 제시될 수 있다:
반경표면 / 반경렌즈 ≤ 굴절률외부에서 / 굴절률렌즈
외광 렌즈 외부에서의 굴절률로서는 공기의 굴절률, 다시 말해 1이 가정된다. 상기 외광 렌즈는 굴절률이 1.5인 고-굴절 유리로 이루어질 수 있다. 이와 같은 내용은 다음과 같은 조건을 낳는다:
반경표면 / 반경렌즈 ≤ 1 / 1.5 = 2 / 3.
상기 외광 렌즈가 종래의 실리콘으로 이루어지면, 굴절률은 1.4에 달하게 된다. 상기 외광 렌즈가 고-굴절 실리콘으로 이루어지면, 굴절률은 1.54에 달하게 된다. 다른 캐스팅 재료들도 상기 외광 렌즈용으로 사용될 수 있다.
설명을 간단하게 하기 위하여 상기 캐스팅 재료의 굴절률로서는 1.5의 값이 가정될 수 있다.
바이어슈트라쓰 조건이 충족되면, 외광 렌즈로부터 공기로 넘어가는 천이부에서 발생하는 전반사가 최소로 된다. 이와 같은 상황은 특히 바람직하데, 그 이유는 이러한 상황에 의해서는 외광 손실이 줄어들 수 있기 때문이다.
바이어슈트라쓰 조건을 충족시키기 위하여, AlGaInP-반도체 칩은 임의로 배리어에 가깝게 배치될 수 없고, 오히려 가급적 중앙에 배치되어야만 한다.
바람직하게 외광 렌즈는 접착될 수 있거나 또는 주조 과정 자체에 의해서 형성될 수 있다.
바이어슈트라쓰 조건이 충족되면, AlGaInP-반도체 칩에 의해서 방출되는 전자기 방사선을 위하여 람베르트(Lambert) 원시야가 나타난다.
한 가지 바람직한 실시 예에서, InGaN-반도체 칩은 용적 이미터로서, 특히 사파이어 칩으로서 형성되었다.
한 가지 추가의 바람직한 실시 예에서, InGaN-반도체 칩은 표면 이미터로서, 특히 박막 칩으로서 형성되었다. 상기 표면 이미터는 고-반사 재료, 특히 TiO2로 채워진 실리콘 안에 적어도 부분적으로 배치되어 있다. 대안적으로 상기 실리콘은 ZrO2, Al2O3 또는 ZnO로도 채워질 수 있다. 상기 InGaN-반도체 칩은 에피택셜 성장의 높이까지 백색의 실리콘 안에 매립되어 있다. 이와 같은 상황은 특히 바람직한데, 그 이유는 이러한 상황에 의해서는 95 %까지의 반사율에 도달할 수 있기 때문이다. 비교하자면, 캐리어는 고-흡수성이고, 상기 InGaN-반도체 칩 자체는 단지 약 85 %의 반사율을 갖는다.
상기 TiO2로 채워진 실리콘으로 이루어진 층 상에서는 제 2 캐스팅 재료를 사용하여 평면형 변환 캐스팅이 이루어진다. 이와 같은 평면형 변환 주조는 방출된 전자기 방사선의 람베르트 방출 프로파일을 가능하게 한다.
한 가지 바람직한 실시 예에서, 배리어들은 고-반사성이다. 90 % 이상, 바람직하게는 95 % 이상의 반사율이 구현될 수 있다. 배리어를 위한 재료로서는 TiO2, ZrO2, Al2O3 또는 ZnO로 채워진 PBT(폴리부틸렌테레프탈레이트)가 사용될 수 있다. 이와 같은 배리어의 높은 반사율은 특히 바람직한데, 그 이유는 이러한 높은 반사율에 의해서는 배리어 내부에서의 흡수 손실이 최소로 되기 때문이다.
다양한 실시 예들은 특히 원시야에서 상이한 파장을 갖는 전자기 방사선을 혼합하기 위한 광전자 컴포넌트를 제조하기 위한 방법을 갖는다. 다음과 같은 처리 단계들이 적용될 수 있다: 제일 먼저 적어도 하나의 제 1 반도체 칩 및 적어도 하나의 제 2 반도체 칩을 캐리어 상에 배치한다. 상기 적어도 하나의 제 1 반도체 칩 및 상기 적어도 하나의 제 2 반도체 칩을 하나의 패키지 안에 배치한다. 상기 적어도 하나의 제 1 반도체 칩 및 상기 적어도 하나의 제 2 반도체 칩을 하나의 공통 대칭 중심에 대하여 중심 대칭으로 배치한다. 그 다음에 이어서 상기 적어도 하나의 제 1 반도체 칩과 상기 적어도 하나의 제 2 반도체 칩 사이에 배리어를 배치한다.
대안적으로 상기 배리어는 상기 반도체 칩들을 배치하기 전에 이미 존재할 수 있다. 이와 관련해서는 특히 프리몰드-패키지(Premold-Package)가 언급된다.
배리어는 제 2 반도체 칩을 갖는 외부 영역으로부터 제 1 반도체 칩을 갖는 내부 영역을 완전히 광학적으로 분리시키기 위해서 이용된다.
본 발명에 따른 해결책의 다양한 실시 예들은 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.
도 1a는 광전자 컴포넌트의 평면도를 도시하고;
도 1b는 도 1a에 도시된 광전자 컴포넌트의 한 단면도를 도시하고;
도 1c는 도 1a에 도시된 광전자 컴포넌트의 한 단면도를 도시하고;
도 1d는 도 1a에 도시된 광전자 컴포넌트의 한 단면도를 도시하고;
도 2a는 광전자 컴포넌트의 평면도를 도시하고;
도 2b는 광전자 컴포넌트의 평면도를 도시하고;
도 3은 광전자 컴포넌트의 평면도를 도시하고;
도 4a는 광전자 컴포넌트의 3차원 도면을 도시하고;
도 4b는 도 4a에 도시된 광전자 컴포넌트의 단면도를 도시하고;
도 5a는 광전자 컴포넌트의 3차원 도면을 도시하고;
도 5b는 도 5a에 도시된 광전자 컴포넌트의 단면도를 도시하고;
도 6은 광전자 컴포넌트의 단면도를 도시하고;
도 7은 광전자 컴포넌트의 단면도를 도시하고; 그리고
도 8은 광전자 컴포넌트의 3차원도의 부분 확대 단면도를 도시한다.
도 1a는 광전자 컴포넌트의 평면도를 도시하고;
도 1b는 도 1a에 도시된 광전자 컴포넌트의 한 단면도를 도시하고;
도 1c는 도 1a에 도시된 광전자 컴포넌트의 한 단면도를 도시하고;
도 1d는 도 1a에 도시된 광전자 컴포넌트의 한 단면도를 도시하고;
도 2a는 광전자 컴포넌트의 평면도를 도시하고;
도 2b는 광전자 컴포넌트의 평면도를 도시하고;
도 3은 광전자 컴포넌트의 평면도를 도시하고;
도 4a는 광전자 컴포넌트의 3차원 도면을 도시하고;
도 4b는 도 4a에 도시된 광전자 컴포넌트의 단면도를 도시하고;
도 5a는 광전자 컴포넌트의 3차원 도면을 도시하고;
도 5b는 도 5a에 도시된 광전자 컴포넌트의 단면도를 도시하고;
도 6은 광전자 컴포넌트의 단면도를 도시하고;
도 7은 광전자 컴포넌트의 단면도를 도시하고; 그리고
도 8은 광전자 컴포넌트의 3차원도의 부분 확대 단면도를 도시한다.
도면들에서 동일한, 동일한 형태의 또는 동일한 작용을 하는 소자들에는 동일한 도면 부호가 제공된다. 각각의 도면들 그리고 각각의 도면들에 도시된 소자들의 상호 크기 비율은 척도에 맞는 것으로 간주 될 수 없다. 오히려 개별 소자들은 도면의 도시를 명료하게 할 목적으로 그리고 도면에 대한 이해를 개선할 목적으로 과도하게 크게 도시될 수 있다.
도 1a는 광전자 컴포넌트(1)의 평면도를 도시한다. 상기 광전자 컴포넌트(1)는 특히 원시야에서 상이한 파장을 갖는 전자기 방사선을 혼합하기 위하여 이용된다. 캐리어(2) 상에는 제 1 스펙트럼 레인지에서 전자기 방사선을 방출하기 위하여 제 1 반도체 칩(3)이 제공된다. 또한, 캐리어(2) 상에는 제 2 스펙트럼 레인지에서 전자기 방사선을 방출하기 위하여 제 2 반도체 칩(4)도 제공된다. 상기 제 1 반도체 칩(3) 및 제 2 반도체 칩(4)은 단 하나의 패키지 안에 배치되어 있다. 제 1 반도체 칩(3)은 배리어(5)에 의해서 제 2 반도체 칩(4)으로부터 광학적으로 분리된다. 다수의 제 1 반도체 칩(3) 및 다수의 제 2 반도체 칩(4)이 제공된다. 상기 제 1 반도체 칩(3) 및 제 2 반도체 칩(4)은 각각 하나의 공통 대칭 중심(Z) 둘레에 중심 대칭으로(centrosymmetrically) 배치되어 있다.
상기 제 1 반도체 칩(3)은 내부 영역(113)에, 즉 광전자 컴포넌트(1)의 중앙에 배치되어 있다. 상기 제 2 반도체 칩(4)은 외부 영역(114)에서 상기 제 1 반도체 칩(3) 둘레에 링 모양으로 배치되어 있다.
상기 제 1 반도체 칩(3)과 상기 제 2 반도체 칩(4) 사이에 있는 배리어(5)는 링 모양으로 형성된다. 상기 배리어(5)는 90 % 이상, 바람직하게는 95 % 이상의 높은 반사율을 갖는다.
상기 제 1 반도체 칩(3)은 AlGaInP-반도체 칩으로서 형성될 수 있다. AlGaInP-반도체 칩은 바람직하게 적색 스펙트럼 레인지로부터 전자기 방사선을 방출한다.
상기 제 2 반도체 칩(4)은 InGaN-반도체 칩으로서 형성될 수 있다. InGaN-반도체 칩은 바람직하게 UV-스펙트럼 레인지 내지 녹색 스펙트럼 레인지로부터, 특히 바람직하게는 청색 스펙트럼 레인지로부터 전자기 방사선을 방출한다.
도 1b는 도 1a에 도시된 광전자 컴포넌트의 한 단면도를 도시한다. 고-반사 배리어(5)는 대략 200 ㎛ 내지 대략 2 mm의 높이, 바람직하게는 대략 500 ㎛의 높이를 갖는다. 이미 도 1a에 대한 설명 부분에서 언급한 바와 같이, 상기 AlGaInP-반도체 칩(3) 및 상기 InGaN-반도체 칩(4)은 공통의 대칭 중심(Z) 둘레에 중심 대칭으로 배치되어 있다. AlGaInP-반도체 칩(3)은 제 1 캐스팅 재료(7)로 주조된다. 상기 제 1 캐스팅 재료(7)는 실리콘 또는 에폭시수지를 구비할 수 있다. InGaN-반도체 칩(4)은 제 2 캐스팅 재료(9), 특히 실리콘으로 주조된다. 상기 제 2 캐스팅 재료(9)는 배리어(5)와 동일한 높이에서 종료되는 평면 용적 캐스팅의 형태를 갖는다.
도 1c는 도 1a에 도시된 광전자 컴포넌트의 한 추가의 단면도를 도시한다. 도 1c는 단지 AlGaInP-반도체 칩(3)의 영역에서 캐리어(2)가 상기 AlGaInP-반도체 칩(3)들 사이에서는 제 3 캐스팅 재료(18)로 피복되었다는 점에서만 도 1b와 상이하다. 제 3 캐스팅 재료(18)로서는 TiO2로 채워진 백색의 캐스팅 컴파운드(casting compound)가 사용될 수 있다. 상기 제 3 캐스팅 재료(18)에 의해서는 적색의 산란 광이 효율적으로 반사된다.
도 1d는 도 1a에 도시된 광전자 컴포넌트의 한 추가의 단면도를 도시한다. 도 1d는 표면 이미터로서, 특히 박막 칩으로서 형성된 InGaN-반도체 칩(4b)을 도시한다. 도 1d는 단지 상기 InGaN-반도체 칩(4b)이 고-반사 재료(11) 안에, 특히 TiO2로 채워진 실리콘 안에 매립되어 있다는 점에서만 도 1b와 상이하다. TiO2로 채우는 방식의 대안으로서, 실리콘은 ZrO2, Al2O3 또는 ZnO로도 채워질 수 있다. 상기 고-반사성 재료(11)는 표면 이미터(4b)와 동일한 높이에서 종료될 수 있다. 상기 표면 이미터(4b) 및 고-반사 재료(11) 상에는 제 2 캐스팅 재료(9)가 제공되어 있다.
도 2a는 추가 광전자 컴포넌트의 평면도를 도시한다. AlGaInP-반도체 칩(3)은 내부 영역(113)에서 중심(Z) 둘레에 정방형으로 배치되어 있다. 상기 AlGaInP-반도체 칩(3)은 배리어(5)에 의해서 둘러싸여 있다. InGaN-반도체 칩(4)은 외부 영역(114)에서 상기 AlGaInP-반도체 칩(3) 둘레에 정방형으로 배치되어 있다. 이와 같은 InGaN-반도체 칩의 배열 상태로 중심(Z)을 중심으로 대칭이다.
도 2b는 추가 광전자 컴포넌트(1)의 평면도를 도시한다. 배리어(5) 내부에는 InGaN-반도체 칩(4)이 직사각형으로 배치되어 있다. 배리어(5) 외부에는 AlGaInP-반도체 칩(3)이 배치되어 있다. 이 경우에도 재차 중심(Z)은 상기 InGaN-반도체 칩(4) 및 AlGaInP-반도체 칩(3)을 위한 공통의 대칭 중심이다.
도 3은 추가 광전자 컴포넌트(1)의 평면도를 도시한다. 상기 광전자 컴포넌트(1)의 중심에는 단 하나의 AlGaInP-반도체 칩(3)이 배치되어 있으며, 상기 반도체 칩은 고-반사 배리어(5)에 의해 측면에서 둘러싸여 있다. 외부 영역(114)에서 상기 중심(Z) 둘레에는 다수의 InGaN-반도체 칩들이 링 모양으로 배치되어 있다.
도 4a는 광전자 컴포넌트의 3차원 도면을 도시한다. 바이어슈트라쓰 조건을 충족시키는 구조를 갖는 반구형의 외광 렌즈(6)가 AlGaInP-반도체 칩(3) 위에 걸쳐 있다. InGaN-반도체 칩(4)은 상호 규칙적인 간격을 두고서 상기 AlGaInP-반도체 칩(3)의 배열 상태를 링 모양으로 둘러싼다. 배리어(5)는 AlGaInP-반도체 칩(3)이 있는 내부 영역(113)을 InGaN-반도체 칩(4)이 있는 외부 영역(114)으로부터 분리시킨다. 이 경우에도 재차 중심(Z)은 상기 InGaN-반도체 칩(4) 및 AlGaInP-반도체 칩(3)을 위한 공통의 대칭 중심이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 광전자 컴포넌트의 단면도를 도시한다. 도 4b의 실시 예는 AlGaInP-반도체 칩(3)이 배치되어 있는 내부 영역(113) 위에 외광 렌즈(6)가 배치되어 있다는 점을 제외하고는 도 1b의 실시 예와 일치한다. 상기 외광 렌즈(6)는 바이어슈트라쓰 조건을 충족시킨다. 이와 같은 사실이 의미하는 바는, 상기 외광 렌즈(6)의 반경(13)과 방출 면의 반경(12)이 아래와 같은 상호 비율로 존재한다는 것이다:
반경표면 / 반경렌즈 ≤ 굴절률외부에서 / 굴절률렌즈
외부에서의 굴절률은 1이다. 렌즈의 굴절률은 1.5로 가정된다.
도 5a는 광전자 컴포넌트의 3차원 도면을 도시한다. 도 4a에 도시된 실시 예에 추가로, 상기 대칭 중심(Z) 둘레에 원형으로 배치된 InGaN-반도체 칩(4)은 링 모양의 추가 배리어(8)에 의해서 둘러싸여 있다. 상기 추가 배리어(8)는 90 % 이상의, 바람직하게는 95 % 이상의 반사율을 갖는다. 상기 InGaN-반도체 칩(4)은 제 2 캐스팅 재료(9)로 주조된다. 상기 제 2 캐스팅 재료(9)는 변환 수단(17), 특히 인광 물질을 함유한다. 상기 InGaN-반도체 칩(4)에 의해서 청색 스펙트럼 레인지로부터 방출되는 전자기 방사선의 한 부분은 상기 변환 수단(17)에 의해서 황-녹색 스펙트럼 레인지로 변환된다. 상기 반도체 칩(3, 4)은 전기 콘택팅 및 도체 트랙(10)을 통해서 (도면에 도시되어 있지 않은) 전류원(current source)에 연결되어 있다.
도 5b는 도 5a에 도시된 광전자 컴포넌트의 단면도를 도시한다. 용적 이미터로서, 특히 사파이어 칩으로서 형성된 InGaN-반도체 칩(4a)은 제 2 캐스팅 재료(9) 안에 완전히 감싸져 있다. 캐스팅 컴파운드 안에는 변환 수단(17)이 발광 입자의 형태로 제공되어 있다. 상기 발광 입자는 인광 물질을 함유할 수 있다. 도 4b의 실시 예에서 이미 언급된 바와 같이 외광 렌즈(6)는 내부 영역(113)을 완전히 덮는다. 외부 영역(114)은 추가의 고-반사 배리어(8)에 의해서 둘러싸여 있다. 상기 추가 배리어(8)는 90 % 이상, 바람직하게는 95 % 이상의 반사율을 갖는다.
도 6은 광전자 컴포넌트의 단면도를 도시한다. InGaN-반도체 칩(4b)은 표면 이미터로서, 특히 박막 칩으로서 설계된다. 상기 InGaN-반도체 칩(4b)은 특히 백색 실리콘으로 이루어진 고-반사 재료(11)에 의해 측면에서 주조된다. 상기 고-반사 재료(11) 상에는 제 2 캐스팅 재료(9)가 제공되어 있다. 상기 제 2 캐스팅 재료(9)는 변환 수단(17)을 구비한다. 도 6은 상기와 같은 사실 이외에는 도 5b와 일치한다.
도 7은 광전자 컴포넌트(1)의 단면도를 도시한다. 상기 광전자 컴포넌트(1)의 내부 영역(113)에 있는 AlGaInP-반도체 칩(3)은 제 3 캐스팅 재료(18)에 의해 측면에서 주조된다. 상기 제 3 캐스팅 재료(18)는 TiO2-입자로 채워질 수 있다. 상기 제 3 캐스팅 재료(18)에 의해서는 상기 InGaN-반도체 칩(4)의 영역으로부터 상기 AlGaInP-반도체 칩(3) 위에 있는 외광 렌즈(6) 안으로 주입되는 산란 광이 효율적으로 반사될 수 있다. 상기 산란 광으로서는 바람직하게 백색의 혼색 광이 사용된다. 상기 제 3 캐스팅 재료(18) 상에는 제 1 캐스팅 재료(7)가 제공되어 있다.
도 8은 도 5a의 부분 확대 단면도를 도시한다. 본 도면에는 배리어(5)에 의해서 둘러싸이는 광전자 컴포넌트(1)의 내부 영역(113)이 도시되어 있다. 상기 내부 영역(113)은 원형의 방출 면(14)을 형성한다. 상기 방출 면(14)은 소정의 반경(12)을 갖는다. 상기 방출 면(14) 위에는 반구형의 렌즈(6)가 배치되어 있다. 상기 반구형의 렌즈(6)는 소정의 반경(13)을 갖는다. 상기 렌즈(6)는 대략 1.5의 굴절률(15)을 갖는다. 상기 렌즈(6) 외부에서는 공기의 굴절률, 즉 1이 가정된다. 상기 두 가지 반경(12 및 13)은 바이어슈트라쓰 조건이 충족되도록 선택된다.
상기 광전자 컴포넌트는 본 발명의 기본이 되는 사상을 상세하게 설명하기 위하여 몇 가지 실시 예를 참조해서 기술되었다. 이때 상기 실시 예들은 특정한 특징 조합들에만 한정되지 않는다. 소수의 특징들 및 형상들이 단지 한 가지 특별한 실시 예 또는 소수의 실시 예들과 관련하여서 기술되었다 하더라도, 상기 특징들 및 형상들은 각각 다른 실시 예들의 다른 특징들과 조합될 수 있다. 또한, 일반적인 기술적 이론이 구현되는 한, 상기 실시 예들에 개별적으로 도시된 특징들 또는 특별한 형상들은 생략되거나 또는 부가될 수도 있다.
1: 광전자 컴포넌트 2: 캐리어
3: 제 1 반도체 칩, 특히 AlGaInP-반도체 칩
4: 제 2 반도체 칩, 특히 InGaN-반도체 칩
4a: InGaN-용적 이미터(사파이어 칩)
4b: InGaN-표면 이미터(박막 칩)
5 : 배리어 6: 외광 렌즈
7: 제 1 캐스팅 재료(변환 수단을 함유하지 않음)
8: 추가의 배리어
9: 제 2 캐스팅 재료(변환 수단을 함유함)
10: 전기 콘택팅 및 도체 트랙 11: 고-반사 재료(백색의 실리콘)
12: 방출 면의 반경 13: 외광 렌즈의 반경
14: 방출 면 15: 외광 렌즈의 굴절률
16: 외광 렌즈 외부에서의 굴절률
17: 변환 수단 18: 제 3 캐스팅 재료
113: 광전자 컴포넌트의 내부 영역
114: 광전자 컴포넌트의 외부 영역
Z: 대칭 중심
3: 제 1 반도체 칩, 특히 AlGaInP-반도체 칩
4: 제 2 반도체 칩, 특히 InGaN-반도체 칩
4a: InGaN-용적 이미터(사파이어 칩)
4b: InGaN-표면 이미터(박막 칩)
5 : 배리어 6: 외광 렌즈
7: 제 1 캐스팅 재료(변환 수단을 함유하지 않음)
8: 추가의 배리어
9: 제 2 캐스팅 재료(변환 수단을 함유함)
10: 전기 콘택팅 및 도체 트랙 11: 고-반사 재료(백색의 실리콘)
12: 방출 면의 반경 13: 외광 렌즈의 반경
14: 방출 면 15: 외광 렌즈의 굴절률
16: 외광 렌즈 외부에서의 굴절률
17: 변환 수단 18: 제 3 캐스팅 재료
113: 광전자 컴포넌트의 내부 영역
114: 광전자 컴포넌트의 외부 영역
Z: 대칭 중심
Claims (19)
- 상이한 파장을 갖는 전자기 방사선을 혼합하기 위한 광전자 컴포넌트(1)로서,
캐리어(2)를 구비하고,
상기 캐리어(2) 상에 제공되고 제 1 스펙트럼 레인지(spectral range)의 전자기 방사선을 방출하기 위한 다수의 제 1 반도체 칩들(3)을 구비하며, 상기 제 1 반도체 칩(3)들은 내부 영역에 배치되고,
상기 캐리어(2) 상에 제공되고 제 2 스펙트럼 레인지의 전자기 방사선을 방출하기 위한 다수의 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b)을 구비하며, 상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b)은 외부 영역에 배치되고, 상기 외부 영역은 상기 내부 영역의 둘레를 따라 진행하며 상기 내부 영역을 둘러싸고,
상기 제 1 스펙트럼 레인지 및 상기 제 2 스펙트럼 레인지는 서로 상이하며,
상기 1 반도체 칩들(3) 및 상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b)은 단 하나의 패키지(package) 안에 배치되며,
상기 제 1 반도체 칩들(3) 및 상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b)은 각각 하나의 공통 대칭 중심(Z) 둘레에 중심 대칭으로(centrosymmetrically) 배치되고,
상기 제 1 반도체 칩들(3)을 갖는 상기 내부 영역은 배리어(5)에 의해서 링 모양으로 둘러싸이고, 그리고 상기 배리어(5)는 상기 제 1 반도체 칩들(3)을 상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b)로부터 광학적으로 분리하며,
상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b)을 갖는 상기 외부 영역은 추가의 배리어(8)에 의해 링 모양으로 둘러싸여, 결과적으로 상기 추가의 배리어(8)는 상기 내부 영역뿐만 아니라 상기 외부 영역도 둘러싸고,
상기 배리어(5)는 적어도 90 %의 반사율을 가지며,
상기 제 1 반도체 칩들(3) 서로 간에 그리고 상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b) 서로 간에도 각각 배리어들에 의한 상호 분리가 이루어지지 않고,
반구형의 외광 렌즈(6)가 상기 제 1 반도체 칩들(3) 위에 걸쳐 있으며,
상기 외광 렌즈(6)의 구조가 바이어슈트라쓰(Weierstrass) 조건을 충족시키고, 그리고
상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b)은 고-반사 재료(11) 안에 적어도 부분적으로 매립되는,
광전자 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 반도체 칩들(3)은 적색 스펙트럼 레인지에서 전자기 방사선을 방출하기 위한 AlGaInP-반도체 칩들이고,
상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b)은 청색 스펙트럼 레인지에서 전자기 방사선을 방출하기 위한 InGaN-반도체 칩들인,
광전자 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 배리어(5) 또는 상기 추가의 배리어(8) 중 하나, 또는 상기 배리어(5)뿐만 아니라 상기 추가의 배리어(8)도 링 모양으로 형성된,
광전자 컴포넌트. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b)에 의해서 방출되는 전자기 방사선의 일부가 변환 수단(17)에 의해서 변환되는,
광전자 컴포넌트. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b)에 의해서 방출되는 전자기 방사선의 일부가 변환 수단(17)에 의해서 황-녹색 스펙트럼 레인지로 변환되는,
광전자 컴포넌트. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 반도체 칩들(3)은 제 1 캐스팅 재료(7)로 주조되는,
광전자 컴포넌트. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b)은 평면형 용적 캐스팅의 형태로 형성된 제 2 캐스팅 재료(9)로 주조되며, 상기 제 2 캐스팅 재료(9)는 변환 수단(17)을 구비하는,
광전자 컴포넌트. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 캐스팅 재료(7)는 실리콘 또는 에폭시수지인,
광전자 컴포넌트. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 2 캐스팅 재료(9)는 실리콘인,
광전자 컴포넌트. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b) 중 일부는 용적 이미터로서 형성되는,
광전자 컴포넌트. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b) 중 일부는 표면 이미터인,
광전자 컴포넌트. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b) 중 일부는 TiO2, ZrO2, Al2O3 또는 ZnO로 채워진 실리콘 안에 적어도 부분적으로 배치되는,
광전자 컴포넌트. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 배리어(5) 또는 상기 추가의 배리어(8), 또는 상기 배리어(5)뿐만 아니라 상기 추가의 배리어(8)도 95 % 이상의 반사율을 갖는 고-반사성인,
광전자 컴포넌트. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b) 중 일부는 사파이어 칩 또는 박막 칩으로서 형성되는,
광전자 컴포넌트. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 광전자 컴포넌트는, 원시야에서 상이한 파장을 갖는 전자기 방사선을 혼합하기 위한 것인,
광전자 컴포넌트. - 상이한 파장을 갖는 전자기 방사선을 혼합하기 위한 광전자 컴포넌트를 제조하기 위한 방법으로서,
다수의 제 1 반도체 칩들(3)을 캐리어(2) 상의 내부 영역 내에 배치하는 단계로서, 상기 제 1 반도체 칩들(3)을 제 1 스펙트럼 레인지의 전자기 방사선을 방출하도록 설계하는 단계,
다수의 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b)을 상기 캐리어(2) 상의 외부 영역 내에 배치하는 단계로서, 상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b)을 제 2 스펙트럼 레인지의 전자기 방사선을 방출하도록 설계하고, 상기 외부 영역은 완전히 내부 영역의 둘레를 따라 진행하며 상기 내부 영역을 둘러싸고, 상기 제 1 반도체 칩들(3) 및 상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b)을 단 하나의 패키지 안에서 각각 하나의 공통 대칭 중심(Z) 둘레에 중심 대칭으로 배치하는 단계,
배리어(5)를 상기 내부 영역의 둘레에 링 모양으로 배치함으로써, 결과적으로 상기 제 1 반도체 칩들(3)을 상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b)로부터 광학적으로 분리하는 단계 ― 상기 배리어(5)는 적어도 90 %의 반사율을 가짐 ―,
추가의 배리어(8)를 상기 외부 영역의 둘레에 링 모양으로 배치함으로써, 결과적으로 상기 추가의 배리어(8)가 상기 내부 영역뿐만 아니라 상기 외부 영역도 둘러싸고, 상기 제 1 반도체 칩들(3) 서로 간에 그리고 상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b) 서로 간에도 각각 배리어들에 의한 상호 분리가 이루어지지 않도록 상기 배리어(5) 및 상기 추가의 배리어(8)를 배치하는 단계,
반구형의 외광 렌즈(6)를 상기 제 1 반도체 칩들(3) 위에 배치하는 단계 ― 상기 외광 렌즈(6)의 구조는 바이어슈트라쓰 조건을 충족시킴 ―,
상기 제 2 반도체 칩들(4, 4a, 4b)의 둘레를 고-반사 재료(11)로 적어도 부분적으로 주조하는 단계
를 포함하는,
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