KR101877743B1 - 반도체 발광소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

반도체 발광소자 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 반도체 발광소자의 제조 방법에 있어서, 제1 개구가 형성된 제1 마스크의 제1 개구 내에 반도체 발광소자 칩을 배치하는 단계;로서, 전자와 전공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 가지는 반도체 발광소자 칩을 제1 개구 내에 배치하는 단계; 반도체 발광소자 칩이 배치된 제1 마스크의 제1 개구 내에 봉지재를 투입하는 단계; 제1 마스크의 제1 개구를 제2 개구가 형성된 제2 마스크의 제2 개구와 대응되도록 배치하는 단계; 제1 마스크의 제1 개구 내에 봉지재가 덮인 반도체 발광소자 칩을 제2 마스크의 제2 개구로 이송시키는 단계; 그리고 제2 마스크의 제2 개구 내에 반사층을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 발광소자의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

반도체 발광소자 및 이의 제조 방법{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 발광효율을 높인 반도체 발광소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
여기서, 반도체 발광소자는 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 반도체 광소자를 의미하며, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 들 수 있다. 3족 질화물 반도체는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)로 된 화합물로 이루어진다. 이외에도 적색 발광에 사용되는 GaAs계 반도체 발광소자 등을 예로 들 수 있다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자 칩은 성장 기판(10; 예: 사파이어 기판), 성장 기판(10) 위에, 버퍼층(20), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: n형 GaN층), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예; INGaN/(In)GaN MQWs), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: p형 GaN층)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 전류 확산을 위한 투광성 도전막(60)과, 본딩 패드로 역할하는 전극(70)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에 본딩 패드로 역할하는 전극(80; 예: Cr/Ni/Au 적층 금속 패드)이 형성되어 있다. 버퍼층(20)은 생략될 수 있다.
도 1과 같은 형태의 반도체 발광소자 칩을 특히 레터럴 칩(Lateral Chip)이라고 한다. 여기서, 성장 기판(10) 측이 외부와 전기적으로 연결될 때 장착면이 된다.
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 보여주는 도면으로서, 반도체 발광소자 칩은 성장 기판(10), 성장 기판(10) 위에, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 성장 기판(10) 측으로 빛을 반사시키기 위한 3층으로 된 제1 전극막(91), 제2 전극막(92) 및 제3 전극막(93)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(80)이 형성되어 있다.
제1 전극막(91)은 Ag 반사막, 제2 전극막(92)은 Ni 확산 방지막, 제3 전극막(93)은 Au본딩층일 수 있다. 여기서, 제3 전극막(93) 측이 외부와 전기적으로 연결될 때 장착면이 된다. 도 2와 같은 형태의 반도체 발광소자 칩을 특히 플립 칩(Flip Chip)이라고 한다. 도 2에 도시된 플립 칩의 경우 제1 반도체층(30) 위에 형성된 전극(80)이 제2 반도체층(50) 위에 형성된 전극막(91, 92, 93)보다 낮은 높이에 있지만, 동일한 높이에 형성될 수 있도록 할 수도 있다. 여기서 높이의 기준은 성장 기판(10)으로부터의 높이일 수 있다.
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(100)는 리드 프레임(110, 120), 몰드(130), 그리고 캐비티(140) 내에 수직형 반도체 발광소자 칩(150; Vertical Type Light Emitting Chip)이 구비되어 있고, 캐비티(140)는 파장 변환재(160)를 함유하는 봉지재(170)로 채워져 있다. 수직형 반도체 발광소자 칩(150)의 하면이 리드 프레임(110)에 전기적으로 직접 연결되고, 상면이 와이어(180)에 의해 리드 프레임(120)에 전기적으로 연결되어 있다. 수직형 반도체 발광소자 칩(150)에서 나온 광의 일부가 파장 변환재(160)를 여기 시켜 다른 색의 광을 만들어 두 개의 서로 다른 광이 혼합되어 백색광을 만들 수 있다. 예를 들어 반도체 발광소자 칩(150)은 청색광을 만들고 파장 변환재(160)에 여기 되어 만들어진 광은 황색광이며, 청색광과 황색광이 혼합되어 백색광을 만들 수 있다. 도 3은 수직형 반도체 발광소자 칩(150)을 사용한 반도체 발광소자를 보여주고 있지만, 도 1 및 도 2에 도시된 반도체 발광소자 칩을 사용하여 도 3과 같은 형태의 반도체 발광소자를 제조할 수도 있다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자의 제조 방법에 있어서, 제1 개구가 형성된 제1 마스크의 제1 개구 내에 반도체 발광소자 칩을 배치하는 단계;로서, 전자와 전공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 가지는 반도체 발광소자 칩을 제1 개구 내에 배치하는 단계; 반도체 발광소자 칩이 배치된 제1 마스크의 제1 개구 내에 봉지재를 형성하여 반도체 발광소자 칩을 덮는(cover) 단계; 제1 마스크의 제1 개구를 제2 개구가 형성된 제2 마스크의 제2 개구와 대응되도록 배치하는 단계;
제1 마스크의 제1 개구 내에 봉지재가 덮인 반도체 발광소자 칩을 제2 마스크의 제2 개구로 이송시키는 단계; 그리고 제2 마스크의 제2 개구 내에 반사층을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 발광소자의 제조 방법이 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예(Lateral Chip)를 나타내는 도면,
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예(Flip Chip)를 나타내는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자 칩의 또 다른 예(Vertical Chip)를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 칩의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 7 내지 도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 설명하기 위한 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
반도체 발광소자는 반도체 발광소자 칩(1), 봉지재(2), 및 반사층(3)을 포함한다.
반도체 발광소자 칩(1)은 도 6을 참조하면, 플립 칩으로서 도 2에 도시된 것과 다른 구조의 플립 칩을 설명하고 있다. 본 개시에서 반도체 발광소자 칩(1)은 이러한 플립 칩에 한정되지 않으며, 레터럴 칩(lateral chip)이나 수직형 칩(vertical chip)도 적용 가능하다.
반도체 발광소자 칩(1)은 성장 기판(10), 복수의 반도체층(30, 40, 50), 광반사층(R), 및 제1 전극(80), 및 제2 전극(70)을 포함한다.
성장 기판(10)은 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 들면, 사파이어, SiC, Si, GaN 등이 이용되며, 성장 기판(10)은 최종적으로 제거될 수도 있다.
복수의 반도체층(30, 40, 50)은 성장 기판(10) 위에 형성된 버퍼층(도시되지 않음), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: Si 도핑된 GaN), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: Mg 도핑된 GaN) 및 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50) 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예:InGaN/(In)GaN 다중양자우물구조)을 포함한다.
복수의 반도체층(30, 40, 50) 각각은 다층으로 이루어질 수 있고, 버퍼층은 생략될 수 있다. 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50)은 그 위치가 바뀔 수 있으며, 3족 질화물 반도체 발광소자에 있어서 주로 GaN으로 이루어진다.
제1 전극(80)은 제1 반도체층(30)과 전기적으로 연통되어 전자를 공급한다.
제2 전극(70)은 제2 반도체층(50)과 전기적으로 연통되어 정공을 공급한다.
도 6(a)를 참조하면, 제2 반도체층(50)과 제1 및 제2 전극(80, 70) 사이에는 광반사층(R)이 개재되며, 광반사층(R)은 SiO2와 같은 절연층, DBR(Distributed Bragg Reflector) 또는 ODR(Omni-Directional Reflector)을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다.
도 6(b)를 참조하면, 제2 반도체층(50) 위에 광반사층(R)이 구비되고, 제2 전극(70)이 광반사층(R) 위에 구비되며, 메사식각으로 노출된 제1 반도체층(30)과 다른 제1 전극(80)이 될 수 있다.
제2 반도체층(50)과 광반사층(R) 사이에는 투광성 도전막(미도시)이 개재될 수 있다.
봉지재(2)는 도 4를 참조하면, 반도체 발광소자 칩(1)을 덮도록(cover) 형성된다. 봉지재(2)는 투광성을 갖고 있으며, 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 하나로 이루어질 수 있다. 필요한 경우 파장 변환재를 포함할 수 있다. 파장 변환재는 반도체 발광소자 칩(1)의 활성층(40)으로부터 생성되는 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하는 것이라면 어떠한 것이라도 좋지만(예: 안료, 염료 등), 광 변환 효율을 고려할 때 형광체(예: YAG, (Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 파장 변환재는 반도체 발광소자에서 나오는 빛의 색에 따라 정해질 수 있으며, 당업자에게 잘 알려져 있다.
반도체 발광소자 칩(1)이 배치된 봉지재(2)의 하부면의 제1 폭(w1)은 반대측의 상부면의 제2 폭(w2)보다 작게 형성된다. 이에 따라, 봉지재(2)의 외측면은 상부면에서 하부면으로 기울어진 경사면을 갖는다.
반사층(3)은 봉지재(2)의 주변을 감싸도록(surround) 위치한다.
봉지재(2)의 측면과 접촉하는 반사층(3)의 내측면은 봉지재(2)의 외측면의 기울기와 동일한 기울기를 갖는 경사면으로 형성된다. 구체적으로, 반도체 발광소자 칩(1)이 배치된 측면의 반사층(3)의 하부면의 폭(w3)은 반대측의 상부면의 폭(w4)보다 크게 형성된다.
반사층(3)의 기울기는 봉지재(2)의 기울기에 따라 조절 가능하다. 봉지재(2)의 기울기가 증가할수록 반사층(3)의 기울기 역시 증가하고, 봉지재(2)의 기울기가 감소할수록 반사층(3)의 기울기 역시 감소할 수 있다.
반사층(3)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 분포 브래그 리플렉터(DBR: Distributed Bragg Reflector), 고반사 백색 반사물질 등의 반사효율이 높은 금속으로 형성 될 수 있다. 이와 달리, 반사층(3)은 봉지재(2)와 동일한 물질로 형성될 수 있고, 형광체를 포함할 수도 있다.
반사율이 높은 금속의 반사층(3)을 봉지재(2)의 주변에 형성시킴으로써, 반도체 발광소자의 광 추출 효율(extraction efficiency)을 향상시킬 수 있다.
반도체 발광소자 칩(1)의 측면으로부터 나온 빛은 반사층(3)에 의해 일부가 흡수되고 일부가 반사된다. 반사된 빛은 다시 반도체 발광소자 칩(1) 내에서 진행하면 소멸되거나 봉지재(2) 측으로 나온다. 또한, 봉지재(2)에 함유된 파장 변환재(미도시)는 반도체 발광소자 칩(1)으로부터의 빛(예: 청색광)에 의해 여기 되어 전 방향으로 파장이 변환된 빛을 방사한다. 파장 변환재로부터 방사된 빛의 일부는 봉지재(2) 밖으로 나오며, 빛의 다른 일부는 반사층(3)에서 반사 및 흡수된다.
한편, 도 5를 참조하면, 반사층(3)의 하부면(31)은 표면 장력에 의해 상승된(elevated) 라운드 형상을 가진다.
도 7 내지 도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
반도체 발광소자의 제조 방법에 있어서, 먼저, 도 7을 참조하면 제1 베이스(210) 위에 적어도 하나의 제1 개구(310)가 형성된 제1 마스크(300)를 준비한다. 본 예에서, 반도체 발광소자 칩(1)으로는 플립 칩(flip chip)이 적합하지만, 레터럴 칩(lateral chip)이나 수직형 칩(vertical chip)을 배제하는 것은 아니다.
제1 베이스(210)는 플렉시블한 필름 또는 테이프이거나, 리지드(rigid)한 금속 판 또는 비금속 판일 수 있다.
필름 또는 테이프도 특별한 제한은 없으며, 점착성 또는 접착성을 가지며 내열성을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 내열성 테이프, 블루테이프 등이 사용될 수 있으며, 다양한 색상이나 광반사율을 선택할 수 있다.
금속 판으로는 특별한 한정이 있는 것은 아니며, 예를 들어, Al, Cu, Ag, Cu-Al 합금, Cu-Ag 합금, Cu-Au 합금, SUS(스테인리스스틸) 등이 사용될 수 있으며, 도금된 판도 물론 사용 가능하다.
비금속 판으로는 플라스틱이 사용될 수 있으며, 다양한 색상이나 광반사율을 선택할 수 있다.
이와 같이, 본 예에 의하면, 반도체 발광소자 칩(1)이 배열되는 제1 베이스(210)가 반도체 기판이나 다른 고가의 기판이 아니라도 무방한 장점이 있다.
또한, 제1 마스크(300)가 반도체 발광소자 칩(1) 배열의 가이드가 되므로 제1 베이스(210)에 추가적인 패턴 형성 공정이 필요 없다.
제1 마스크(300)는 플라스틱, 금속, 또는, 표면이 도금된 부재일 수 있으며, 적어도 하나의 제1 개구(310)가 형성되어 있다. 제1 마스크(300)의 재질은 상기 제1 베이스(210)의 재질로 예시된 예들이 사용될 수 있지만, 제1 마스크(300) 및 제1 개구(310)의 형태 유지에 좋도록 어느 정도 딱딱한 재질이 바람직하고, 크랙이나 갈라짐 방지에 효과적인 재질로 선택하는 것이 바람직하다.
본 예에서, 제1 베이스(210)와 제1 마스크(300)는 외력에 의해 가압되어 서로 접하거나, 접착물질을 이용하여 서로 접착할 수 있다. 예를 들어, 접착 물질은 도전성 페이스트, 절연성 페이스트, 폴리머 접착제 등 다양하게 선택가능하며, 특별히 제한되지는 않는다. 어느 온도 범위에서는 접착력을 상실하는 물질을 사용하면, 제1 베이스(210)와 제1 마스크(300)의 분리 시에 상기 온도 범위에서 분리가 쉽게 될 수 있다.
제1 마스크(300)에 형성된 하나 이상의 제1 개구(310)는 일 예로, 복수의 행과 열로 배열되어 있다. 제1 개구(310)에 의해 제1 베이스(210)의 상면이 노출된다. 제1 개구(310)의 개수 및 배열 방식은 필요에 따라 적절하게 변경할 수 있음은 물론이다.
제1 개구(310)의 하부면의 제1 폭(w1)은 제1 개구(310)의 상부면의 제2 폭(w2)에 비해 작게 형성된다. 즉, 제1 개구(310)는 노출될 제1 베이스(210)에 대해 기울어진 경사면의 형상을 갖는다. 경사면은 평탄하게 형성될 수 있지만, 이에 한정하지 않고 오목하게 형성될 수도 있다.
이와 달리, 제1 개구(310)는 반도체 발광소자 칩(1)의 형상을 따를 수도 있다.
다음으로, 도 8(a)를 참조하면 각각의 제1 개구(310)로 노출된 제1 베이스(210) 위에 반도체 발광소자 칩(1)을 놓는다. 이때, 제1 마스크(310)의 형상, 패턴, 또는 경계 등을 인식하여 소자가 놓일 위치 및 각도를 보정하는 후술되는 소자 이송 장치(600)를 사용하여 반도체 발광소자 칩(1)을 제1 베이스(210) 위에 위치시킬 수 있다.
반도체 발광소자 칩(1)은 2개의 전극(80, 70)이 제1 베이스(210)의 상면과 마주하도록 놓이며, 이에 따라 후술되는 봉지재(2)에 의해 2개의 전극(80, 70)이 덮이지 않고 봉지재(2)의 하면으로부터 노출된다.
다음으로, 도 8(b)를 참조하면 제1 마스크(300)를 댐(dam)으로 하여 각각의 제1 개구(310)에 봉지재(2)를 형성하고 경화한 후, 도 8(c)를 참조하면 제1 마스크(300)의 제1 개구(310) 내에 일체로 형성된 반도체 발광소자 칩(1) 및 봉지재(2) 즉, 봉지재(2)가 덮인 반도체 발광소자 칩(1)을 제1 베이스(210)로부터 분리한다. 여기서, 제1 마스크(300)는 소자 이송 장치(600)가 반도체 발광소자 칩(1)을 놓을 위치나 각도를 보정하기 위한 패턴으로 인식될 수 있으며, 이와 함께 봉지재(2)의 댐으로 기능한다.
봉지재(2)의 기울기는 제1 개구(310)의 기울기와 동일하게 형성된다.
봉지재(2)는 디스펜싱, 스텐실, 스크린 프린팅, 스핀 코팅 등을 이용하여 형성할 수 있다. 두께의 균일도나 형광체의 내부 밀도 등의 관점에서 스프레이 코팅이 바람직하다.
봉지재(2)는 반도체 발광소자 분야에서 일반적으로 사용되는 에폭시 수지, 실리콘 수지 중 하나 일 수 있다.
다음으로, 도 9를 참조하면, 제2 베이스(220) 위에 적어도 하나의 제2 개구(410)를 갖는 제2 마스크(400)를 준비한다.
제2 베이스(220)는 제1 베이스(210)이 동일한 물질로 형성될 수 있다. 하지만, 이에 한정하지 않고 제1 베이스(210)와 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
제2 베이스(220)는 플렉시블한 필름 또는 테이프이거나, 리지드(rigid)한 금속 판 또는 비금속 판일 수 있다.
필름 또는 테이프도 특별한 제한은 없으며, 점착성 또는 접착성을 가지며 내열성을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 내열성 테이프, 블루테이프 등이 사용될 수 있으며, 다양한 색상이나 광반사율을 선택할 수 있다.
금속 판으로는 특별한 한정이 있는 것은 아니며, 예를 들어, Al, Cu, Ag, Cu-Al 합금, Cu-Ag 합금, Cu-Au 합금, SUS(스테인리스스틸) 등이 사용될 수 있으며, 도금된 판도 물론 사용 가능하다.
비금속 판으로는 플라스틱이 사용될 수 있으며, 다양한 색상이나 광반사율을 선택할 수 있다.
이와 같이, 본 예에 의하면, 반도체 발광소자 칩(1)이 배열되는 제2 베이스(220)가 반도체 기판이나 다른 고가의 기판이 아니라도 무방한 장점이 있다.
또한, 제2 마스크(400)가 반도체 발광소자 칩(1) 배열의 가이드가 되므로 제2 베이스(220)에 추가적인 패턴 형성 공정이 필요 없다.
제2 마스크(400)는 플라스틱, 금속, 또는, 표면이 도금된 부재일 수 있으며, 적어도 하나의 제2 개구(410)가 형성되어 있다. 제2 마스크(400)의 재질은 상기 제2 베이스(220)의 재질로 예시된 예들이 사용될 수 있지만, 제2 마스크(400) 및 제2 개구(410)의 형태 유지에 좋도록 어느 정도 딱딱한 재질이 바람직하고, 크랙이나 갈라짐 방지에 효과적인 재질로 선택하는 것이 바람직하다.
본 예에서, 제2 베이스(220)와 제2 마스크(400)는 외력에 의해 가압되어 서로 접하거나, 접착물질을 이용하여 서로 접착할 수 있다. 예를 들어, 접착 물질은 도전성 페이스트, 절연성 페이스트, 폴리머 접착제 등 다양하게 선택가능하며, 특별히 제한되지는 않는다. 어느 온도 범위에서는 접착력을 상실하는 물질을 사용하면, 제2 베이스(220)와 제2 마스크(400)의 분리 시에 상기 온도 범위에서 분리가 쉽게 될 수 있다.
제2 마스크(400)에 형성된 하나 이상의 제2 개구(410)는 일 예로, 복수의 행과 열로 배열되어 있다. 제2 개구(410)에 의해 제2 베이스(220)의 상면이 노출된다. 제2 개구(410)의 개수 및 배열 방식은 필요에 따라 적절하게 변경할 수 있음은 물론이다.
제2 개구(410)는 상부면 및 하부면의 폭이 서로 동일하게 형성된다. 제2 개구(410)는 반도체 발광소자 칩(1)의 형상을 따를 수도 있지만, 반도체 발광소자 칩(1)과 다른 형상을 가질 수도 있다.
다음으로, 도 10을 참조하면 제1 마스크(300)의 제1 개구(310)와 제2 마스크(400)의 제2 개구(410)가 서로 대응하도록 배치한다. 즉, 제1 마스크(300)의 제1 개구(310)와 제2 마스크(400)의 제2 개구(410)는 서로 정렬되어 위치한다.
여기서, 제1 마스크(300)의 제1 개구(310)에 배치된 반도체 발광소자 칩(1)이 제2 마스크(400)의 제2 개구(410)와 접촉하지 않도록 제1 마스크(300)를 뒤집어서 배치한다. 제1 마스크(300)의 제1 개구(310)의 형상이 반도체 발광소자 칩(1) 측으로 기울어진 경사면을 가지므로, 후술되는 소자 분리 장치(500)에 의해 제1 마스크(300)의 제1 개구(310)에서 용이하게 분리될 수 있다.
제1 마스크(300)의 제1 높이(t1)는 제2 마스크(400)의 제2 높이(t2)와 동일하게 형성된다. 이와 달리, 제1 마스크(300)의 제1 높이(t1)는 제2 마스크(400)의 제2 높이(t2)와 서로 다르게 형성될 수 있다.
예를 들어, 제2 마스크(400)의 높이(t2)가 제1 마스크(300)의 높이(t1) 보다 작게 형성되는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 반사층(3)의 하부면(31)이 라운드 형상을 갖는다.
다음으로, 도 11을 참조하면, 제1 마스크(300)의 패턴을 인식하고, 위치 및 각도 보정이 가능한 소자 분리 장치(500)를 이용하여 제1 마스크(300)의 제1 개구(310)에 일체로 형성된 반도체 발광소자 칩(1) 및 봉지재(2)를 제2 마스크(400)의 제2 개구(410)에 의해 노출된 제2 베이스(220) 위에 배치한다.
제1 마스크(300)의 제1 개구(310)에 있어서, 폭이 넓은 부분이 제2 마스크(400)의 제2 개구(410)에 마주하여 위치함으로써, 일체로 형성된 반도체 발광소자 칩(1) 및 봉지재(2)가 노출된 제2 베이스(220) 위에 위치한다.
더욱이, 제2 마스크(400)의 제2 개구(410)의 폭이 제1 마스크(300)의 제1 개구(310)의 폭보다 넓게 형성되어 일체로 형성된 반도체 발광소자 칩(1) 및 봉지재(2)가 노출된 제2 베이스(220) 위에 용이하게 위치할 수 있다.
다음으로, 도 12(a)를 참조하면, 제2 마스크(400)의 제2 개구(410) 내에 봉지재(2)의 주변을 감싸도록 반사층(3)을 형성한다.
제2 개구(410) 내에 디스펜서(미도시)로 반사층(3)을 형성하는 물질을 공급하고 경화하여 봉지재(2)의 주변을 감싸는 반사층(3)을 형성한다. 이때, 디스펜서로 반사층(3)을 형성하는 물질을 공급하는 속도, 양 등을 제어할 수 있다.
반사층(3)은 빛을 반사하는 물질로 형성된다. 예를 들어 반사율이 높은 백색 물질 즉, 백색 실리콘으로 형성된다.
여기서, 봉지재(2)의 측면과 접촉하는 반사층(3)의 내측면은 봉지재(2)의 기울기와 동일한 기울기를 갖는 경사면으로 형성된다.
도 12(b)를 참조하면, 소자 이송 장치(600)를 이용하여 제2 마스크(400)의 제2 개구(410) 내에 일체로 형성된 반도체 발광소자를 픽업(pick-up)하여 제2 베이스(220) 및 제2 마스크(400)로부터 분리한다.
제2 베이스(220)의 아래에서 핀 또는 봉이 일체로 형성된 반도체 발광소자 칩(1), 봉지재(2) 및 반사층(3)을 치면 제2 베이스(220)로부터 일체로 형성된 반도체 발광소자 칩(1), 봉지재(2) 및 반사층(3)이 떨어지며, 그 순간 소자 이송 장치(600)가 일체로 형성된 반도체 발광소자 칩(1), 봉지재(2) 및 반사층(3)를 전기적 흡착 또는 진공 흡착할 수 있다.
종래에는 경사면을 갖는 반사층을 형성하기 위해 별도의 절단 공정을 이용하였다. 절단 공정 시 가해지는 열 및 압력 등에 의해 반도체 발광 소자에 물리적인 영향이 전달되는 문제점이 있었다.
하지만, 일정 기울기를 갖는 제1 마스크(300)를 이용하여 반사층(3)의 경사면을 형성함으로써, 별도의 절단 공정이 불필요하므로 반도체 발광소자가 물리적인 영향을 받지 않는다.
한편, 도 13은 일체로 형성된 반도체 발광소자 칩(1) 및 봉지재(2)를 제2 개구(410)로 노출된 제2 베이스(220)에 놓는 과정의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
또 13을 참조하면, 소자 이송 장치(600)는 제1 베이스(210) 위에 각각의 일체로 형성된 반도체 발광소자 칩(1) 및 봉지재(2)를 픽업(pick-up)하여 제2 마스크(400)의 제2 개구(410)로 노출된 제2 베이스(220) 위에 놓는다.
이 과정보다 먼저, 소자 배열 장치(예: 쏘터; sorter)를 사용하여, 일체로 형성된 반도체 발광소자 칩(1) 및 봉지재(2)를 제1 베이스(210) 위에 제공하는 과정이 선행될 수 있다. 도 13(a)에 제시된 바와 같이, 제1 베이스(210)의 아래에서 핀 또는 봉이 일체로 형성된 반도체 발광소자 칩(1) 및 봉지재(2)을 치면 제1 베이스(210)로부터 일체로 형성된 반도체 발광소자 칩(1) 및 봉지재(2)가 떨어지며, 그 순간 소자 이송 장치(600)가 일체로 형성된 반도체 발광소자 칩(1) 및 봉지재(2)를 전기적 흡착 또는 진공 흡착할 수 있다.
도 13(b)에 제시된 바와 같이, 소자 이송 장치(600)는 제2 베이스(220) 위로 이동하여 제2 개구(410)에 일체로 형성된 반도체 발광소자 칩(1) 및 봉지재(2)를 놓는다. 반도체 발광소자 칩(101)은 2개의 전극(80,70)이 제2 베이스(220)의 상면과 마주하도록 놓이며, 이에 따라 봉지재(2)에 의해 2개의 전극(80,70)이 덮이지 않고 봉지재(2)의 하면으로부터 노출된다. 소자 이송 장치(600)의 일 예로, 다이본더와 유사하게, 패턴 또는 형상을 인식하며, 이송할 위치나 대상물의 각도를 보정할 수 있는 장치라면 그 명칭에 무관하게 사용 가능할 것이다.
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 14를 참조하면, 반도체 발광소자는 봉지재(2) 위에 형성된 렌즈(700)를 포함한다. 렌즈(700)는 투광성 수지를 이용하여 형성될 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자의 제조 방법에 있어서, 제1 개구가 형성된 제1 마스크의 제1 개구 내에 반도체 발광소자 칩을 배치하는 단계;로서, 전자와 전공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 가지는 반도체 발광소자 칩을 제1 개구 내에 배치하는 단계; 반도체 발광소자 칩이 배치된 제1 마스크의 제1 개구 내에 봉지재를 투입하는 단계; 제1 마스크의 제1 개구를 제2 개구가 형성된 제2 마스크의 제2 개구와 대응되도록 배치하는 단계; 제1 마스크의 제1 개구 내에 봉지재가 덮인 반도체 발광소자 칩을 제2 마스크의 제2 개구로 이송시키는 단계; 그리고 제2 마스크의 제2 개구 내에 반사층을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
여기서, 반사층은 봉지재의 주변을 감싸도록(surround) 형성되고, 봉지재와 동일한 물질로 형성될 수 있고, 형광체를 포함할 수 있다.
(2) 제2 마스크의 제2 개구의 폭은 제1 마스크의 제1 개구의 폭보다 넓게 형성되는 반도체 발광소자의 제조 방법.
(3) 제2 마스크의 제2 개구와 마주보는 제1 마스크의 제1 개구의 제1 면의 폭은 반대측의 제2 면의 폭보다 크게 형성되는 반도체 발광소자의 제조 방법.
(4) 봉지재의 측면은 제1 개구의 제1 면에서 제1 개구의 제2 면 방향으로 기울어진 경사면을 갖는 반도체 발광소자의 제조 방법.
(5) 봉지재의 측면과 접촉하는 반사층의 내측면은 봉지재의 측면의 기울기와 동일한 기울기를 갖는 경사면으로 형성되는 반도체 발광소자의 제조 방법.
(6) 봉지재의 높이는 반사층의 높이와 동일하게 형성되는 반도체 발광소자의 제조 방법.
(7) 제1 개구의 제1 면과 접촉하는 반사층의 일 측면은 표면 장력에 의해 라운드 형상을 갖는 반도체 발광소자의 제조 방법.
(8) 제1 마스크의 높이는 제2 마스크의 높이보다 높게 형성되는 반도체 발광소자의 제조 방법.
(9) 반사층은 백색 반사 물질을 포함하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
(10) 봉지재 위에 형성된 렌즈;를 포함하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
본 개시에 따른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, 고온에 강한 백색 반사 물질을 포함하는 반사층이 경사면을 갖도록 형성함으로써, 반도체 발광소자의 광 추출 효율(extraction efficiency)을 향상시킬 수 있다.
일정한 기울기를 갖는 경사면을 포함하는 반사층을 별도의 절단 공정없이 마스크를 이용하여 형성함으로써, 반도체 발광소자에 물리적인 영향을 주지 않는다.
1: 반도체 발광소자 칩 2: 봉지재
3: 반사층

Claims (10)

  1. 반도체 발광소자의 제조 방법에 있어서,
    제1 개구가 형성된 제1 마스크의 제1 개구 내에 반도체 발광소자 칩을 배치하는 단계;로서, 전자와 전공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 가지는 반도체 발광소자 칩을 제1 개구 내에 배치하는 단계;
    반도체 발광소자 칩이 배치된 제1 마스크의 제1 개구 내에 봉지재를 투입하는 단계;
    제1 마스크의 제1 개구를 제2 개구가 형성된 제2 마스크의 제2 개구와 일대일 대응되도록 배치하는 단계;
    제1 마스크의 제1 개구 내에 봉지재가 덮인 반도체 발광소자 칩을 제2 마스크의 제2 개구로 이송시키는 단계; 그리고
    제2 마스크의 제2 개구 내에 반사층을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제2 마스크의 제2 개구의 폭은 제1 마스크의 제1 개구의 폭보다 넓게 형성되는 반도체 발광소자의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    제2 마스크의 제2 개구와 마주보는 제1 마스크의 제1 개구의 제1 면의 폭은 반대측의 제2 면의 폭보다 크게 형성되는 반도체 발광소자의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    봉지재의 측면은 제1 개구의 제1 면에서 제1 개구의 제2 면 방향으로 기울어진 경사면을 갖는 반도체 발광소자의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    봉지재의 측면과 접촉하는 반사층의 내측면은 봉지재의 측면의 기울기와 동일한 기울기를 갖는 경사면으로 형성되는 반도체 발광소자의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    봉지재의 높이는 반사층의 높이와 동일하게 형성되는 반도체 발광소자의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    제1 개구의 제1 면과 접촉하는 반사층의 일 측면은 표면 장력에 의해 라운드 형상을 갖는 반도체 발광소자의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    제1 마스크의 높이는 제2 마스크의 높이보다 높게 형성되는 반도체 발광소자의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    반사층은 백색 반사 물질을 포함하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    봉지재 위에 형성된 렌즈;를 포함하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
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