KR101928324B1 - 반도체 발광소자 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시는, 반도체 발광소자에 있어서, 비투광성 성장기판; 그리고, 비투광성 성장기판을 공유하는 복수의 반도체 발광부;로서, 각각 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 포함하며 비투광성 성장기판의 하측에 위치하는 복수의 반도체층, 복수의 반도체층 하측에 위치하며 제1 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극 및 복수의 반도체층 하측에 위치하며 제2 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제2 전극을 포함하는복수의 반도체 발광부;를 포함하며, 비투광성 성장기판은 각각의 반도체 발광부에 포함된 복수의 반도체층이 각각 노출되도록 복수의 캐비티;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 및 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 비투광성 성장기판을 활용한 반도체 발광소자 및 제조방법에 관한 것이다.
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). 또한 본 명세서에서 상측/하측, 위/아래 등과 같은 방향 표시는 도면을 기준으로 한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예를 나타내는 도면이다.
반도체 발광소자 칩은 성장기판(10; 예: 사파이어 기판, 실리콘 기판 등), 성장기판(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 전도막(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. 도 1과 같은 형태의 반도체 발광소자를 특히 레터럴 칩(Lateral Chip)이라고 한다. 래터럴 칩은 성장기판(10) 측이 외부와 전기적으로 연결될 때 장착면으로 기능한다.
도 2는 한국공개특허공보 제10-2015-0073521호에 기재된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 나타내는 도면이다.
반도체 발광소자 칩은 성장기판(10), 성장기판(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 성장기판(10) 측으로 빛을 반사시키기 위한 3층으로 된 전극막(90, 91, 92)이 형성되어 있다. 제1 전극막(90)은 Ag 반사막, 제2 전극막(91)은 Ni 확산 방지막, 제3 전극막(92)은 Au 본딩층일 수 있다. 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(80)이 형성되어 있다. 여기서, 전극막(92) 측이 외부와 전기적으로 연결될 때 장착면으로 기능한다. 도 2와 같은 형태의 반도체 발광소자를 특히 플립 칩(Flip Chip)이라고 한다. 도 2에 도시된 플립 칩의 경우 제1 반도체층(30) 위에 형성된 전극(80)이 제2 반도체층 위에 형성된 전극막(90, 91, 92)보다 낮은 높이에 있지만, 동일한 높이에 형성될 수 있도록 할 수도 있다. 여기서 높이의 기준은 성장기판(10)으로부터의 높이일 수 있다. 플립 칩은 활성층(40)에서 생성된 빛이 대부분 성장기판(10) 측으로 나가기 때문에 성장기판(10)은 투광성 성장기판을 사용하거나 비투광성 성장기판을 사용한 경우에는 비투광성 성장기판을 제거해야 한다. 또한 투광성 성장기판의 일 예인 사파이어 성장기판은 비투광성 성장기판의 일 예인 실리콘 성장기판보다 고가이기 때문에 플립 칩 제조 경비를 높이는 원인이 된다.
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 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 봉지제(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 2는 수직형 반도체 발광소자 칩(150)을 사용한 반도체 발광소자를 보여주고 있지만 , 반도체 발광소자 칩으로서 래터럴 칩 또는 플립 칩을 사용하여 도 3과 같은 형태의 반도체 발광소자를 제조할 수도 있다. 최근에는 반도체 발광소자의 크기가 소형화되는 경향이 있으며, 이에 도 3과 같은 형태의 반도체 발광소자보다 칩 크기의 패키지(CSP : Chip Scale Package)에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다.
도 4는 한국공개특허공보 제 10-2010-0030805호에 기재된 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면이다. 설명의 편의를 위해 도면 기호를 수정하였다.
반도체 발광소자(200)는 기판(210), 캐비티(221, 222)를 포함하는 분리대(220), 복수의 반도체 발광소자 칩(230, 231), 및 캐비티(221, 222)를 채우는 투광성 봉지재(240) 및 렌즈(250)을 포함하고 있다. 기판(210)은 반도체 발광소자 칩(230, 231)이 실장되는 기판(210)이다. 복수의 반도체 발광소자 칩(230, 231)은 청색, 적색, 또는 녹색을 발광하는 반도체 발광소자 칩일 수 있다. 투광성 봉지재(240)는 서로 다른 특성의 파장 변환재(241, 242)를 포함하고 있다. 예를 들어 복수의 반도체 발광소자 칩(230, 231)은 청색을 발광하고, 파장 변환재(241)는 황색 형광체이고, 파장 변환재(242)는 적색 형광체의 조합으로서, 백색광을 발광할 수 있다. 그러나 도 4와 같은 형태의 반도체 발광소자는 구조가 복잡하고, 크기도 크며, 사용되는 부품 수가 많아 제조경비가 높다.
본 개시는 복수의 반도체 발광소자 칩을 사용하면서도, 칩 크기로 소형이며, 구조가 단순하고, 사용되는 부품 수가 적어 제조경비를 낮추었으며, 저가의 비투광성 성장기판을 사용하면서도, 비투광성 성장기판을 제거하지 않고서도 사용할 수 있는 반도체 발광소자를 보여준다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(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 발광소자에 있어서, 비투광성 성장기판; 그리고, 비투광성 성장기판을 공유하는 복수의 반도체 발광부;로서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 포함하며 비투광성 성장기판의 하측에서 성장하는 복수의 반도체층, 복수의 반도체층 하측에 위치하며 제1 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극 및 복수의 반도체층 하측에 위치하며 제2 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제2 전극을 포함하는 반도체 발광부;를 포함하며, 비투광성 성장기판은 각각의 반도체 발광부에 포함된 복수의 반도체층이 각각 노출되도록 복수의 캐비티;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
본 개시에 따른 다른 태양에 의하면(According to another aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 있어서, 비투광성 성장기판에 제1 도전층, 제2 도전층 및 제1 도전층과 제2 도전층 사이에 개재되는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층을 성장시키는 단계(S1); 복수의 반도체층의 제1 도전층과 연결된 제1 전기적 통로를 형성하는 단계(S2); 제1 전기적 통로의 측면 및 제2 도전층을 덮는 절연층을 형성하는 단계(S3); 절연층을 관통하여 제1 전기적 통로와 연결된 제2 전기적 통로 및 절연층을 관통하여 제2 도전층과 연결된 제3 전기적 통로를 형성하는 단계(S4); 절연층 하측에 제2 전기적 통로와 연결된 제1 전극 및 제3 전기적 통로와 연결된 제2 전극을 형성하는 단계(S5); 그리고, 비투광성 성장기판에 캐비티를 형성하는 단계(S6);를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법이 제공된다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 한국공개특허공보 제10-2015-0073521호에 기재된 반도체 발광소자 칩의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 한국공개특허공보 제 10-2010-0030805호에 기재된 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 복수의 캐비티 개구 형상 조합의 일 예를 보여주는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 10은 본 개시에 따라 반도체 발광소자의 실시 예를 보여주는 도면,
도 11은 본 개시에 따라 반도체 발광소자의 제조방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 12는 본 개시에 따라 반도체 발광소자의 제조방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 13은 본 개시에 따라 반도체 발광소자의 제조방법의 일 예를 보여주는 도면.
도 2는 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 한국공개특허공보 제 10-2010-0030805호에 기재된 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 복수의 캐비티 개구 형상 조합의 일 예를 보여주는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 10은 본 개시에 따라 반도체 발광소자의 실시 예를 보여주는 도면,
도 11은 본 개시에 따라 반도체 발광소자의 제조방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 12는 본 개시에 따라 반도체 발광소자의 제조방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 13은 본 개시에 따라 반도체 발광소자의 제조방법의 일 예를 보여주는 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 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5(a)는 사시도이며, 도 5(b)는 AA'를 따라 자른 단면도이며, 도 5(c) 및 도 5(d)는 저면도이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자(300)는 비투광성 성장기판(310), 복수의 반도체 발광부(320)를 포함할 수 있다.
비투광성 성장기판(310)은 복수의 반도체층(322)의 상측(321)이 노출되도록 복수의 캐비티(330)를 포함할 수 있다. 성장기판(310)이 비투광성이기 때문에 반도체 발광부(320)에서 나온 광은 캐비티(330)를 통해 상측으로 나간다. 캐비티(330)는 복수의 반도체 발광부(320)에 포함된 각각의 복수의 반도체층(322)의 상측(321)이 노출되도록 복수의 캐비티(330)가 비투광성 성장기판(310)에 형성될 수 있다. 캐비티(330)는 식각 공정을 통해 얻을 수 있다. 복수의 캐비티(330)의 측면(331)은 반도체 발광부(320)에서 나오는 광을 반사시켜 상측으로 나가도록 하기 위해 경사진 것이 바람직하다. 또한 복수의 캐비티(330)의 측면(331)은 광의 반사효율을 향상시키기 위해 반사층(332)을 포함할 수 있다. 반사층(332)의 재료는 반사효율이 좋은 것이라면 무엇이든 가능하다. 예를 들어 알루미늄(Al), 은(Ag), 분포 브래그 리플렉터(DBR : Distributed Bragg Reflector) 등이 있다. 또한 캐비티(330) 개구(333)의 형상은 광 추출 효율을 높이기 위해 다양한 조합이 가능하다. 캐비티(330)의 개구(333)의 형상에 대해서는 도 6에서 설명한다. 또한 캐비티(330)는 투광성 봉지재(340)로 채워질 수 있다. 투광성 봉지재(340)는 수지(341) 및 파장 변환재(342)를 포함할 수 있다. 파장 변환재(342)는 반도체 발광부(320)에서 나오는 광을 다른 파장의 광으로 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. 수지(341)는 에폭시 수지, 실리콘 수지 등이 이용될 수 있다. 또한 투광성 봉지재(340)는 광 산란재 등이 부가적으로 더 함유될 수 있다. 비투광성 성장기판(310)으로는 실리콘 성장기판이 바람직하다.
복수의 반도체 발광부(320)는 각각 복수의 반도체층(322), 제1 전극(326) 및 제2 전극(327)을 포함하고 있다. 복수의 반도체층(322)은 비투광성 성장기판(310)의 하측에서 성장하는 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(323), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(325) 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(324)을 포함한다. 도시하지 않았지만 필요에 따라 버퍼층을 포함하여 추가의 층들을 포함할 수 있다. 캐비티(330)에 의해 노출되는 복수의 반도체층(322)의 상측(321)은 제1 반도체층(323)일 수 있지만, 버퍼층이 포함되는 경우에는 버퍼층이 상측(321)이 될 수 있다. 제1 전극(326)은 제1 반도체층(323)과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급한다. 제1 전극(326)은 도 2에 기재된 것처럼 제1 반도체층(323)과 직접 연결될 수도 있지만, 제1 전극(326)은 제1 반도체층(323)과 전기적으로 연통하기 위해 별도의 전기적 통로(328)를 포함할 수 있다. 다만 전기적 통로(328)를 통해 제1 전극(326)이 제1 반도체층(323)과 전기적으로 연통할 때, 제1 전극(326)이 제2 반도체층(325)과 접촉하는 것을 방지하기 위해서 반도체 발광부(320)는 제2 반도체층(325)과 제1 전극(326) 사이 및 전기적 통로(328)의 측면에 형성된 절연층(350)을 포함할 수 있다. 제2 전극(327)은 제2 반도체층(325)과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급한다. 절연층(350)이 제2 반도체층(325)과 제2 전극(327) 사이에도 위치하는 경우에는 제2 전극(327)은 제2 전극(327)과 제2 반도체층(325)을 전기적으로 연결하는 전기적 통로(329)를 포함할 수 있다. 제1 전극(326) 및 제2 전극(327)은 복수의 반도체층(322)의 하측에 위치한다. 제1 전극(326) 및 제2 전극(327)은 활성층(324)으로부터 나오는 빛을 비투광성 성장기판(310) 측으로 반사하는 특징을 갖는 것이 바람직하다. 제1 전극(326) 및 제2 전극(327)이 빛을 비투광성 성장기판(310) 측으로 반사하는 경우, 제1 전극(326) 및 제2 전극(327)은 도 5(c)와 같이 가능한 넓게 형성되는 것이 바람직하다. 또한 제1 전극(326) 및 제2 전극(327)이 넓게 형성되는 경우 방열 효과도 좋다. 또한 반사효율을 높이기 위해서 제1 전극(326) 및 제2 전극(327)과 복수의 반도체층(322) 사이에 형성되는 절연층(350)이 반사층으로 될 수 있다. 절연층(350)이 반사층으로 기능하는 경우, 제1 전극(326) 및 제2 전극(327)이 형성되지 않은 부분으로 나가는 빛도 반사할 수 있다. 절연층(350)이 반사기능을 갖는 것을 비도전성 반사막(350)이라 할 수 있으며, 비도전성 반사막에 대한 것은 한국등록특허공보 제10-1368720호에 자세히 기재되어 있다. 또한 반도체 발광부(320)가 비도전성 반사막(350)을 포함하는 경우에는 제1 전극(326) 및 제2 전극(327)의 넓이는 도 5(d) 같이 줄일 수 있다. 비도전성 반사막(350) 위에 형성된 제1 전극(326) 및 제2 전극(327)의 넓이가 작을수록 빛이 비투광성 성장기판(310) 측으로 반사되는 효율이 높다. 다만 제1 전극(326) 및 제2 전극(327)이 방열 기능도 갖고 있기 때문에, 제1 전극(326) 및 제2 전극(327)은 반사효율과 방열 기능 사이에서 적당한 크기로 조절되는 것이 바람직하다. 또한 복수의 반도체 발광부(320)는 홈(360)에 의해 각각 분리되어 있을 수 있다.
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 복수의 캐비티 개구 형상 조합의 일 예를 보여주는 도면이다. 도 6(a) 내지 도 6(d)는 캐비티를 포함하는 비투광성 성장기판의 평면도이며, 도 6(e)는 도 6(b)의 AA'를 따라 자른 단면이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자는 비투광성 성장기판 측으로 광이 나가는 것을 특징으로 한다. 따라서 광이 나가는 비투광성 성장기판에 포함된 캐비티 개구 형상 조합이 중요할 수 있다. 예를 들어 도 6(a)와 같이 비투광성 성장기판(400)의 평면도 형상이 사각형이고 캐비티(410)의 상측 및 하측 개구(411, 412) 형상이 원형이면, 캐비티(410)의 크기를 제한하는 불필요한 부분(413)이 발생한다. 따라서 복수의 캐비티(410)의 상측 및 하측 개구(411, 412) 형상 조합은 도 6(b) 및 도 6(c)와 같이 캐비티(410)의 크기를 제한하는 불필요한 부분(413)이 최소화하도록 하는 것이 바람직하다. 또한 복수의 캐비티(410)를 통해 나오는 광의 색이 다른 경우, 도 5(d)와 같이 더 많은 색의 광이 필요한 캐비티(410)의 크기를 크게 하고 나머지 캐비티(410)의 크기를 작게하는 조합도 가능하다. 캐비티(410)의 상측 및 하측 개구(411, 412)는 도 6(e)에 도시하였다.
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자(500)는 복수의 캐비티(530)를 포함하는 비투광성 성장기판(510) 및 복수의 반도체 발광부(520)를 포함하고 있다. 반도체 발광소자(500)는 복수의 반도체 발광부(520) 각각의 측면에 위치하며, 각각의 반도체 발광부(520) 측면으로 나가는 광을 차단하는 차단벽(540)을 포함한다. 도 7에 개시된 반도체 발광소자(500)의 특징 중 도 5에 개시된 반도체 발광소자(300)와 동일한 특징에 대해서는 별도로 설명하지 않는다. 또한 도 7은 도 5(b)의 단면도에 대응하는 도면이다. 차단벽(540)은 빛을 반사하는 반사벽(540)인 것이 바람직하다. 반사벽(540)은 백색 반사 수지로 형성될 수 있다. 예를 들어 백색 반사 수지는 백색 실리콘 수지가 바람직하다. 반도체 발광소자(500)는 비투광성 성장기판(510) 및 차단벽(540)에 의해 복수의 반도체 발광부(520)에서 나오는 광은 반도체 발광부(520) 서로 간에 영향을 미치지 않는 특징을 갖는다.
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다. 도 8(a)는 사시도이며, 도 8(b)는 저면도이며, 도 8(c)는 AA'를 따라 자른 단면도이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자(600)는 복수의 캐비티(630)를 포함하는 비투광성 성장기판(610), 복수의 반도체 발광부(620) 및 차단벽(640)을 포함하고 있다. 도 5에 개시된 반도체 발광소자(300)와 비교했을 때, 복수의 반도체 발광부(620)의 배열 방향이 다르다. 즉 도 5에서는 복수의 반도체 발광부(320)가 X 방향으로 배열되었으나, 도 8에서는 복수의 반도체 발광부(620)가 Y 방향으로 배열되었다. 도 8에 개시된 반도체 발광소자(600)의 특징 중 도 5에 개시된 반도체 발광소자(500)와 동일한 특징에 대해서는 별도로 설명하지 않는다. 또한 차단벽(640)은 도 7에서 설명한 차단벽(540)과 동일한 특징을 갖는다. 도 8(b)를 보면, 반사벽(640)에 의해 측면이 둘러싸인 복수의 반도체 발광부(620)의 Y 방향 배열을 볼 수 있다. 또한 복수의 반도체 발광부(620)는 절연층(650)과 절연층(650) 위에 형성된 제1 전극(621) 및 제2 전극(622)을 포함하고 있다.
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다. 도 9(a)는 저면도이며, 도 9(b)는 AA'를 따라 자른 단면도이고, 도 9(c)는 BB'를 따라 자른 단면도이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자(700)는 복수의 캐비티(730)를 포함하는 비투광성 성장기판(710), 복수의 반도체 발광부(720) 및 차단벽(740)을 포함하고 있다. 도 9(a)를 보면, 복수의 반도체 발광부(720)는 제1 반도체층(724)과 전기적으로 연결된 제1 전극(721)을 공유하고 있다. 다만 앞서 설명한 반도체 발광소자(300, 500, 600)와 달리 제1 전극(721)을 공유하고 있기 때문에 복수의 반도체 발광부(720) 사이를 차단벽(740)에 의해 완전히 차단할 수는 없다. 따라서 제1 반도체층(724)과 전기적으로 연결된 공유 전극 제1 전극(721) 및 각각의 반도체 발광부(720)의 제2 반도체층(726)과 전기적으로 연결된 제2 전극(722)은 차단벽(740)에 의해 제1 반도체층(724)이 차단되지 않는 전기적 통로(750) 구간에서 제1 반도체층(724) 및 제2 반도체층(726)을 통해 전기적으로 연결된다. 즉 도 9(c)를 보면 제1 반도체층(724)이 차단벽(740)에 의해 차단되어 있지만 도 9(b)를 보면 제1 반도체층(724)이 차단벽(740)에 의해 차단되어 있지 않다. 또한 공유 전극인 제1 전극(721)에서 빛이 발광하는 경우, 차단벽(740)에 의해 복수의 반도체 발광부(720)에서 나오는 빛이 복수의 반도체 발광부(720) 서로 간에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 제1 전극(721)은 빛이 나오는 활성층(725)이 제거된 상태의 복수의 반도체층(723)에 형성되는 것이 바람직하다. 또한 도 9(a)에서 복수의 캐비티(730)와 제1 전극(721)을 공유하는 복수의 반도체 발광부(720) 사이의 위치 관계를 보여주기 위해 복수의 반도체 발광부(720)에 대응하는 복수의 캐비티(730)를 점선으로 표시하였다. 또한 도 9(b)와 도 9(c)를 비교해 보면, 전기적 통로(750)가 없는 도 9(c)는 제1 전극(721)과 제2 전극(722)이 차단벽(740)에 의해 완전히 차단되는 것을 볼 수 있다.
도 10은 본 개시에 따라 반도체 발광소자의 실시 예를 보여주는 도면이다..
도 10(a)를 보면, 반도체 발광소자(800)는 비투광성 성장기판(810), 2 개의 청색광을 발광하는 반도체 발광부(820) 및 차단벽(840)을 포함하고 있다. 비투광성 성장기판(810)은 2 개의 반도체 발광부(820)에 대응하는 2 개의 제1 캐비티(830) 및 제2 캐비티(831)를 포함하고 있다. 제1 캐비티(830)는 청색광을 흡수하여 녹색광을 여기하는 파장 변환재(841)를 포함하는 투광성 봉지재(840)로 채워진다. 제2 캐비티(831)는 청색광을 흡수하여 적색광을 여기하는 파장 변환재(851)를 포함하는 투광성 봉지재(850)로 채워진다. 반도체 발광소자(800)는 청색, 녹색 및 적색이 혼합되어 백색을 발광할 수 있다.
도 10(b)를 보면 반도체 발광소자(800)는 비투광성 성장기판(810), 3 개의 청색광을 발광하는 반도체 발광부(820) 및 차단벽(840)을 포함하고 있다. 비투광성 성장기판(810)은 3 개의 반도체 발광부(820)에 대응하는 3 개의 제1 캐비티(830), 제2 캐비티(831) 및 제3 캐비티(832)를 포함하고 있다. 제1 캐비티(830)는 파장 변환재를 포함하지 않는 투명 봉지재(860)로 채워진다. 제2 캐비티(831)는 청색광을 흡수하여 녹색광을 여기하는 파장 변환재(841)를 포함하는 투광성 봉지재(840)로 채워진다. 제3 캐비티(832)는 청색광을 흡수하여 적색광을 여기하는 파장 변환재(851)를 포함하는 투광성 봉지재(850)로 채워진다. 반도체 발광소자(800)는 청색, 녹색 및 적색이 혼합되어 백색을 발광할 수 있다. 또한 비투광성 성장기판(810) 및 차단벽(840)에 의해 3 개의 반도체 발광부(820)에서 나오는 빛은 서로 간에 영향을 미치지 않는다. 따라서 3 개의 반도체 발광부(820)를 각각 발광하여 청색, 녹색 및 적색을 각각 발광하거나, 청색 및 녹색 또는 청색 및 적색을 함께 발광할 수 있다. 실시 예는 복수의 반도체 발광부가 2 개 또는 3 개인 경우만을 설명하였지만, 3 개 이상의 반도체 발광부를 사용할 수도 있다. 파장 변환재도 필요한 색상을 발광하기 위해 다양하게 사용할 수 있다. 또한 반도체 발광부는 청색을 발광하는 것 이외에 적색 및 녹색 등을 발광하는 다양한 반도체 발광부를 사용할 수 있다. 다만 복수의 반도체 발광부는 동일한 비투광성 성장기판을 사용하기 때문에 단일의 색을 발광하는 것이 바람직하다.
도 11 내지 도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 일 예를 보여주는 도면이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자는 먼저 비투광성 성장기판(900)의 하측에 제1 도전층(911), 제2 도전층(913) 및 제1 도전층(911)과 제2 도전층(913) 사이에 개재되는 활성층(912)을 포함하는 복수의 반도체층(910)을 성장시킨다(S1). 이후 복수의 반도체층(910)의 제1 도전층(911)과 연결된 제1 통로(920)를 형성하고, 복수의 반도체층(910)을 분리시키는 홈(970)을 형성한다(S2). 이후 제1 통로(920) 및 홈(970)을 채우고 제2 도전층(913)을 덮는 절연층(930)을 형성한다(S3). 절연층(930)은 비도전성 반사막일 수 있다. 이후 절연층(930) 및 홈(970)을 관통하여 제1 도전층(911)과 연결된 제2 통로(921) 및 절연층(930)을 관통하여 제2 도전층(913)과 연결된 제3 통로(922)를 형성한다(S4). 이때 제2 통로(921)가 형성될 때 제1 통로(920) 측면의 절연층(930)은 제거하지 않는다. 각각의 통로는(921, 922)는 전기가 통하는 물질로 채워질 수 있다. 이후 절연층(930) 하측에 제2 통로(921)와 연결된 제1 전극(940) 및 제3 통로(922)와 연결된 제2 전극(941)을 형성한다(S5). 각각의 통로(921, 922)는 제1 전극(940) 및 제2 전극(941)을 형성할 때 함께 전기가 통하는 물질로 채워질 수 있다. 각각의 통로(521, 522)에 전기가 통하는 물질이 채워짐으로서, 전기적 통로가 될 수 있다. 이후 비투광성 성장기판(900)에 캐비티(950)를 형성한다(S6). 캐티비(950)의 하측의 폭(951)은 홈(970)의 폭(971)보다 크지 않은 것이 바람직하다. 이후 캐비티(950)를 투광성 봉지재(960)로 채운다(S7). 이후 복수의 반도체층(920)에 홈(970)을 형성한다(S8). 이후 절단선(990)에 따라 절단하여 차단벽(980)이 측면에 위치하는 복수의 반도체 발광부(1100)를 포함하는 반도체 발광소자(1000)를 만든다(S8). 다만 본 개시에 따른 반도체 발광소자 제조방법에 있어서, 제조 순서(S1 단계 내지 S8 단계)는 당업자가 용이하게 변경할 수 있는 범위에서는 본 개시의 범위에 포함된다. 예를 들어 캐비티(950)를 형성하는 S6 단계는 S1 단계 이전에도 가능하며 S1 단계 내지 S8 단계 중 각각의 단계 사이에 들어갈 수도 있다. 예를 들어 S6 단계는 다른 식각 공정(S2, S4)과 함께 진행될 수도 있다. 또한 차단벽(980)이 반사 기능을 갖는 반사벽(980)이 되기 위해, 홈(970)에 반사 물질을 채워넣을 수도 있다. 예를 들어 S2 단계와 S3 단계 사이에 백색 반사 수지를 홈(970)에 채워넣어 반사 기능을 갖는 반사벽(980)을 만들 수 있다. 또는 도 9와 같이 도 S4 단계에서 통로(921, 922)를 만들 때 홈(970)에도 절연층(930)을 일부 제거한 통로(972)를 만들 수 있다(S4-1). 바람직하게는 비투광성 성장기판(900)까지 연결된 통로(972)이다. 이후 단계에서 통로(972)에 반사 물질을 채워 넣어 차단벽을 만들 수 있다. 통로(972)를 만들 때 홈(970) 측면의 절연층(530)을 제거하지 않는 경우, 반사 물질로 반사 성능이 좋은 금속 물질(예 : Ag)을 채워 넣을 수도 있다. 다만 절연층(930)이 비도전성 반사막인 경우에는 별도로 홈(970)에 반사 물질을 채워넣지 않을 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자에 있어서, 비투광성 성장기판; 그리고, 비투광성 성장기판을 공유하는 복수의 반도체 발광부;로서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 포함하며 비투광성 성장기판의 하측에서 성장하는 복수의 반도체층, 복수의 반도체층 하측에 위치하며 제1 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극 및 복수의 반도체층 하측에 위치하며 제2 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제2 전극을 포함하는 반도체 발광부;를 포함하며, 비투광성 성장기판은 각각의 반도체 발광부에 포함된 복수의 반도체층이 각각 노출되도록 복수의 캐비티;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(2) 비투광성 성장기판은 실리콘 성장기판인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(3) 복수의 반도체 발광부 중 적어도 하나는 청색을 발광하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(4) 복수의 캐비티는 각각 투광성 봉지재로 채워지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(5) 봉지재 중 적어도 하나는 파장 변환재를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(6) 파장 변환재는 청색광을 흡수하여 적색광을 여기하는 적색 형광체 또는 청색 광을 흡수하여 녹색광을 여기하는 녹색 형광체인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(7) 복수의 반도체 발광부는 제1 전극을 공유하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(8) 각각의 반도체 발광부의 측면에 위치하는 비투광성 차단벽;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(9) 차단벽은 반사벽인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(10) 복수의 반도체 발광부가 제1 전극을 공유하는 경우, 차단벽은 복수의 반도체 발광부 각각의 제2 전극과 복수의 반도체 발광부가 공유하는 제1 전극이 전기적으로 연결되도록 전기적 통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(11) 1 전극 및 제2 전극과 복수의 반도체층 사이에 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(12) 절연층은 활성층에서 나오는 빛을 비투광성 성장기판 측으로 반사하는 비도전성 반사막인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(13) 복수의 반도체 발광부;는 적어도 3 개의 반도체 발광부를 포함하고, 3 개의 반도체 발광부는 제1 전극을 공유하며 청색을 발광하고, 복수의 캐비티;는 3 개의 청색을 발광하는 반도체 발광부에 대응하는 3 개의 캐비티이며, 각각 투광성 봉지재로 채워지며, 3개의 캐비티에 채워진 투광성 봉지재 중 1개는 청색광을 흡수하여 적색을 발광하는 적색 형광체를 포함하고, 1개는 청색광을 흡수하여 녹색을 발광하는 녹색 형광체를 포함하며, 반도체 발광부의 측면에 위치하는 비투광성 반사벽;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(14) 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 있어서, 비투광성 성장기판에 제1 도전층, 제2 도전층 및 제1 도전층과 제2 도전층 사이에 개재되는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층을 성장시키는 단계(S1); 복수의 반도체층의 제1 도전층과 연결된 제1 전기적 통로를 형성하는 단계(S2); 제1 전기적 통로의 측면 및 제2 도전층을 덮는 절연층(530)을 형성하는 단계(S3); 절연층을 관통하여 제1 전기적 통로와 연결된 제2 전기적 통로 및 절연층을 관통하여 제2 도전층과 연결된 제3 전기적 통로를 형성하는 단계(S4); 절연층 하측에 제2 전기적 통로와 연결된 제1 전극 및 제3 전기적 통로와 연결된 제2 전극을 형성하는 단계(S5); 그리고, 비투광성 성장기판에 캐비티를 형성하는 단계(S6);를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
(15) S6 단계는 S5 단계 이전에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
(16) S6 단계 이후에 캐비티에 투광성 봉지재를 채우는 단계(S7);를 추가하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
(17) S6 단계 이후에 복수의 반도체층에 홈을 형성하는 단계(S8);를 추가하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
(18) 홈을 비투광성 차단재로 채워 차단벽을 형성하는 단계(S9);를 추가하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
(19) 차단벽은 반사벽인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
(20) 절연층은 비도전성 반사막인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
본 개시에 따르면 복수의 반도체 발광소자 칩을 사용하면서도, 칩 크기로 소형이며, 구조가 단순하고, 사용되는 부품 수가 적어 제조경비를 낮추었으며, 저가의 비투광성 성장기판을 사용하면서도, 비투광성 성장기판을 제거하지 않고서도 사용할 수 있는 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.
반도체 발광소자 : 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 1000
반도체 발광부 : 150, 230, 231, 320, 420, 520, 620, 720, 820
비투광성 성장기판 : 310, 400, 510, 610, 710, 810, 900
캐비티 : 221, 222, 330, 410, 530, 630, 730, 830, 831, 832, 950
반도체 발광부 : 150, 230, 231, 320, 420, 520, 620, 720, 820
비투광성 성장기판 : 310, 400, 510, 610, 710, 810, 900
캐비티 : 221, 222, 330, 410, 530, 630, 730, 830, 831, 832, 950
Claims (8)
- 반도체 발광소자에 있어서,
절연성의 비투광성 성장기판; 그리고,
절연성의 비투광성 성장기판 아래에 위치하여 절연성의 비투광성 성장기판을 공유하는 복수의 반도체 발광부;로서, 복수의 반도체 발광부 각각이 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층 및 제1 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극 및 제2 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제2 전극을 포함하는 복수의 반도체 발광부;를 포함하며,
절연성의 비투광성 성장기판은 각각의 반도체 발광부에 포함된 복수의 반도체층이 각각 노출되도록 복수의 캐비티;를 포함하며,
복수의 반도체 발광부는 각각 온/오프(on/off) 제어가 가능한 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
절연성의 비투광성 성장기판은 실리콘 성장기판인 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
복수의 반도체 발광부 중 적어도 하나는 청색을 발광하는 반도체 발광소자. - 청구항 3에 있어서,
복수의 캐비티는 각각 투광성 봉지재로 채워지며,
복수의 발광부에 대응하는 복수의 캐비티에 채워진 투광성 봉지재 중 적어도 1개는 청색광을 흡수하여 적색광을 발광하거나, 적어도 1개는 청색광을 흡수하여 녹색을 발광하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
복수의 반도체 발광부는 제1 전극을 공유하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
각각의 반도체 발광부의 측면에 위치하는 비투광성 차단벽;을 포함하고,
차단벽은 반사벽인 반도체 발광소자. - 청구항 6에 있어서,
복수의 반도체 발광부는 제1 전극을 공유하고,
차단벽은 복수의 반도체 발광부의 각각의 제2 전극과 복수의 반도체 발광부가 공유하는 제1 전극이 전기적으로 연결되도록 전기적 통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
제1 전극 및 제2 전극과 복수의 반도체층 사이에 절연층;을 포함하고,
절연층은 활성층으로부터 나오는 빛을 비투광성 성장기판 측으로 반사하는 비도전성 반사막인 반도체 발광소자.
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| JP2003258300A (ja) * | 2002-02-28 | 2003-09-12 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子およびその製造方法 |
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