KR20040005098A - 질화물계 반도체 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질화물계 반도체 발광 소자의 칩 생산수율과 그 자체의 광 이용효율을 극대화시킨 질화물계 반도체 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명에 의하면 기판(20)상에 질화물계 반도체로 된 활성층(22)과, 이 활성층(22)의 상부 및 하부에 각각 형성된 질화물계 반도체로 된 p형 및 n형 도핑층(24, 21)을 구비하여 이루어진 질화물계 반도체 발광 소자(200; 300; 400; 500; 600)에 있어서, 상기 소자의 기판(20) 외측면 또는 활성층(22)과 상기 도핑층(21, 24)을 둘러싸는 외측면에는 레이저 가공을 통한 흠집내기(Scribing) 공정 및 절개 공정에 의해 경사지게 절개된 경사부(30; 40)가 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자가 제공된다.

Description

질화물계 반도체 발광 소자 및 그 제조방법{NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 질화물계 반도체 발광 소자와 그 제조방법 및 이를 이용한 전자 소자에 관한 것으로, 특히 칩 생산수율(yield)과 소비전력 대비 광 이용효율(quantum efficiency)을 극대화한 질화물계 반도체 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 질화물계 반도체 발광 다이오드(Nitride Semiconductor LED, 100)는 도 1에 도시된 바와 같이 기판(20)상에 실제로 빛을 발생시키기 위한 InGaN 등의 활성층(22)과, 이 활성층(22)의 상부 및 하부에 각각 형성되어 활성층(22)에 전류를 공급할 수 있도록 다이오드 구조를 만드는 GaN 등의 n형 및 p형 도핑층(21, 24)을 구비하고 있다. 또한, 전하를 띤 캐리어들의 누적 효율을 증가시키기 위해 보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 AlGaN 등의 p형 클래드층(23)을 활성층(22)과 p형도핑층(24) 사이에 추가적으로 구비하기도 한다. 도 1에서 25, 26, 27 및 28은 각각 p형 투명전극, p형 전극, n형 전극 및 반사용 금속층을 나타낸다.

한편, 종래의 질화물계 반도체 발광 다이오드는 대체로 직육면체, 즉 사각기둥의 구조를 취하고 있으며, 이러한 직육면체 구조의 질화물계 반도체 발광 다이오드를 제작하기 위해서는 일반적으로 다이아몬드 등의 절삭 공구를 이용하여 절삭을 행한다.

그러나 직육면체 구조의 발광 다이오드는 전반사 현상으로 인해 낮은 광 이용효율을 갖는다. 이는 발광 다이오드의 패키징 공정에서 칩 몰딩시 사용되는 에폭시의 굴절율이 칩의 굴절율보다 낮아서 칩 내부의 활성 영역에서 발생한 빛이 칩으로부터 에폭시쪽으로 빠져나올 때, 그 경계면에 어떤 임계각 이상으로 입사하는 모든 빛들은 빠져 나오지 못하기 때문이다.

도 2는 종래의 직육면체 구조의 질화물계 발광 다이오드의 수평 단면을 통해서 임의의 점광원에서 발생한 빛의 순환적인 전반사 과정을 설명하기 위한 도면이다. 여기서 사방으로 임계각의 원뿔 영역(빗금친 부분에 해당함)을 제외한 영역으로 경계면에 입사한 빛들은 계속해서 모든 경계면에서 전반사 영역에 머물게 되어 영원히 바깥으로 빠져나올 수 없게 된다. 도 2에서 어느 점광원에서 발생된 빛이 전반사각에 해당하는 θ₁로 경계면에 입사하게 되면, 다음 경계면에서는 θ₂= θ₁₀로 입사하게 되므로 결국 순환적인 전반사가 일어나게 된다. 직사각형 형태의 대칭성으로 인해

가 되므로,이고인 경우에는 입사각에 대하여 순환적인 전반사가 일어남을 다음과 같이 쉽게 입증할 수 있다.

직육면체의 경우, 실제로는 3차원이므로 임의의 광원이 접하는 면은 모두 6개가 된다. 따라서 경계면내 임의의 한 점을 생각해 볼 때, 그 점을 꼭지점으로 하여 임계각과 같은 각도로 형성된 원뿔내로 입사하는 광자들만 바깥으로 빠져나올 수 있다.

실제로, 에폭시의 굴절율은 대개 약 1.5이고 질화갈륨(GaN)의 굴절율은 약 2.5이므로, 이를 전반사 임계각에 관한 수학식 3에 넣어서 계산해 보면, 발광 다이오드 칩의 전반사 임계각는 약 36.9°가 된다.

결국 경계면의 수직면에 36.9°이상 53.1°() 이하의 각으로 입사한 빛들은 모두 반사되어 바깥으로 빠져나올 수 없다. 다른 요소들을 고려하지 않고이상적인 직육면체 모양의 발광 다이오드 칩을 고려하여 광 이용효율을 계산해 보면,

을 통해서 광 이용효율의 값을 얻을 수 있다.

위의 예는 실제의 발광 다이오드와는 다른 이상적인 예이지만, 전반사 현상으로 인하여 발생된 모든 빛을 이용할 수 없다는 사실은 자명하다. 실제 발광 다이오드는 전극을 통해 넣어준 전류가 발광 다이오드의 활성 영역에서 빛으로 전환되어 상하의 p형 및 n형 도핑층을 지나서 바깥으로 나오게 되므로, 이 과정에서 전기에너지의 빛에너지로의 전환 효율과 발광 다이오드내 결정층에서의 흡수, 굴절율과 다른 경계면에서 일어나는 일정량의 반사 등의 요소들을 모두 고려해 주어야만 정확한 광 이용효율을 구할 수가 있다. 더구나 대개의 발광 다이오드의 구조는 앞서 설명한 도 1에서와 같이 그 하측에 금속면을 증착하여 'n'형 전극으로 이용하거나 질화물계 반도체 발광 다이오드에서 사파이어(Al₂O₃) 등의 부도체 기판을 사용하는 경우에도 이 기판이 반사면으로 작용하기 때문에 아래쪽으로 진행하는 빛은 모두 다시 반사되어 활성 영역으로 되돌아온다. 따라서 관련된 모든 요소들을 고려해 볼 때, 일반적으로 실제 발광 다이오드는 입력된 전류량의 약 20% 미만의 광 이용효율을 가진다.

또한 질화물계 반도체는 기본적으로 정육각형(Hexagonal) 기둥 모양의 결정 구조(Crystal Structure)를 갖고 있기 때문에, 상기와 같이 다이아몬드 등의 절삭 공구를 이용하여 절삭을 행할 경우 절삭 공구가 갖는 두께와 그 두께만큼의 추가적인 웨이퍼의 손실을 가져온다. 따라서 질화물계가 아닌 다른 화합물로 된 반도체 발광 다이오드의 칩 제작시와 비교할 때, 최소 약 35% 이상의 칩 손실을 가져오게 된다.

예를 들어, 현재 보편적으로 사용되고 있는 다이아몬드 절삭 공구의 날 두께는 50㎛인데, 이를 사용하여 300㎛×300㎛ 크기의 정사각형 모양의 수평 단면 구조를 갖는 직육면체의 발광 다이오드의 칩을 만든다고 가정하자. 이 경우 절삭날이 기판을 지나가면서 절삭날 두께의 약 2배에 해당하는 100㎛ 이상의 폭에 해당하는 영역이 소실된다. 더욱이 이런 방식의 칩 제작과정에서는 절삭에 의해 생산된 칩마저 가장자리에 충격이 가해져 손상되기가 쉬우므로 실제로 이용가능한 칩의 수는 더욱 줄어든다.

한편, 이러한 광 이용효율을 고려한 기술이 대한민국 공개특허공보 제1998- 83823호에 개시되어 있다. 동 공보에는 적은 소비전력으로 높은 휘도의 광을 발생시키기 위한 것으로, 발광 다이오드의 몸체의 적어도 어느 일부분의 수평 단면을 삼각형 또는 예각을 갖는 사변형으로 하고 수직 영역의 단면적이 수직 방향으로 점차적으로 증가 또는 감소하는 형태로 하는 것이 제안되어 있다.

그러나 상기한 기술은 광 이용효율의 측면에서는 종래에 비해 다소 개선된 것이라 할 수 있으나, 본 발명의 관심사 중의 하나인 칩 생산수율의 관점에서 보면오히려 종래의 직육면체 형태의 반도체 발광 다이오드에 비해 칩 생산수율이 더욱 저하될 수밖에 없다는 문제점을 가지고 있다. 뿐만 아니라, 상기한 공보의 어느 곳에서도 기본적으로 정육각형 기둥 모양의 단위 결정 구조를 갖는 질화물계 반도체의 특성을 고려한 점을 찾아볼 수 없으며, 따라서 상기 기술이 본 발명에서와 같은 질화물계 반도체 발광 소자에 그대로 적용될 경우 다이아몬드 절삭 공구의 과도한 사용으로 인한 칩 생산수율의 현저한 감소를 초래할 수밖에 없다는 치명적인 문제점을 내포하고 있는 것이다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 질화물계 반도체 발광 소자 자체의 광 이용효율을 크게 향상시킨 질화물계 반도체 발광 소자를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 질화물계 반도체 발광 소자의 제작시 절삭 공구의 사용으로 인한 불필요한 칩의 손실을 없앰으로써 칩 생산수율을 종래에 비해 현저히 개선한 질화물계 반도체 발광 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 질화물계 반도체 발광 소자의 결정구조를 고려하여 레이저 가공을 이용한 흠집내기 공정을 이용함으로써 칩 생산수율을 종래에 비해 더욱 현저히 개선하고 동시에 질화물계 반도체 발광 소자 자체의 광 이용효율을 더욱 크게 향상시킨 질화물계 반도체 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 일반적인 질화물계 발광 다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 도면,

도 2는 종래의 직육면체 구조의 질화물계 발광 다이오드의 수평 단면을 통해서 임의의 점광원에서 발생한 빛의 순환적인 전반사 과정을 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자의 제조 공정에서 흠집내기 공정을 설명하기 위한 도면,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자의 제조 공정에서 흠집내기 공정의 또다른 예를 설명하기 위한 도면,

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자의 일예를 개략적으로 나타낸 사시도,

도 7a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자의 다른 예를 개략적으로 나타낸 사시도,

도 7b는 도 7a의 평면도,

도 8은 질화물계 반도체가 가지는 정육각형 기둥 모양의 단위 결정 구조를 나타낸 도면,

도 9는 도 8의 단위 결정 구조들이 주기적으로 배열된 질화물계 반도체의 결정 구조를 (0001)면에서 바라본 것을 단순화시켜 나타낸 도면,

도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 정삼각형, 평행사변형, 사다리꼴 모양의 수평 단면을 갖는 질화물계 반도체 발광 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 도면,

도 11a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자를 설명하기 위한 도면,

도 11b는 도 11a의 평면도,

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자의 제조 공정에서 흠집내기 공정의 또다른 예를 설명하기 위한 도면,

도 13a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자를 설명하기 위한 도면,

도 13b는 도 13a의 평면도,

도 14는 전자 소자의 인쇄회로기판에 실장되는 본 발명의 제4 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자의 일예를 설명하기 위한 도면,

도 15는 도 14에서 인쇄회로기판 위에 플립칩 본딩되는 발광 소자의 배치를 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 기판21, 24 : 도핑층

22 : 활성층23 : 클래드층

26, 27 : 전극30, 40 : 경사부

72a, 72b : 전극 패턴74a, 74b : 솔더 범프

200, 300, 400, 500, 600 : 발광 소자

700 : 인쇄회로기판

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판상에 질화물계 반도체로 된 활성층과, 이 활성층의 상부 및 하부에 각각 형성된 질화물계 반도체로 된 p형 및 n형 도핑층을 구비하여 이루어진 질화물계 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 소자의 활성층과 도핑층을 둘러싸는 외측면 중 적어도 어느 하나의 외측면은, 레이저 가공을 이용한 흠집내기(Scribing) 공정에 의해 경사지게 절개되어, 상기 기판의 상부측 방향으로 갈수록 단면적이 감소하는 모양으로 이루어진 경사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자를 제공한다.

본 발명은 또한 기판상에 질화물계 반도체로 된 활성층과, 이 활성층의 상부 및 하부에 각각 형성된 질화물계 반도체로 된 p형 및 n형 도핑층을 구비하여 이루어진 질화물계 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 기판의 적어도 어느 하나의 외측면은, 레이저 가공을 이용한 흠집내기(Scribing) 공정에 의해 경사지게 절개되어, 상기 활성층과 상기 도핑층이 형성되어 있는 방향의 반대쪽 방향으로 갈수록 단면적이 감소하는 모양으로 이루어진 경사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 레이저 가공은 펨토세컨드 레이저(Femtosecond Laser)를 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 레이저 가공은 진공 분위기 하에서 행해지는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 질화물계 반도체 발광 소자는 질화물계 반도체의 결정 구조에 따른 정삼각형을 기본으로 하여, 이들의 조합으로 이루어진 정삼각형, 평행사변형, 사다리꼴 중 어느 하나의 수평 단면 구조를 갖는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명은 또한 기판상에 질화물계 반도체로 된 활성층과, 이 활성층의 상부 및 하부에 각각 형성된 질화물계 반도체로 된 p형 및 n형 도핑층을 포함하여 이루어진 질화물계 반도체 발광 소자의 제조방법에 있어서, 상기 질화물계 반도체 발광 소자가 다수 형성되어 있는 웨이퍼를 개개의 칩으로 자르는 과정에서, 상기 활성층과 상기 도핑층의 외측면에 경사부가 형성되도록 레이저 가공을 이용하여 상기 웨이퍼에 흠집내기(Scribing)를 행하는 흠집내기 공정; 및 상기 흠집내기 공정에 의해 형성된 직선들을 따라 절개(Cleaving)를 행하는 절개 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 또한 기판상에 질화물계 반도체로 된 활성층과, 이 활성층의 상부 및 하부에 각각 형성된 질화물계 반도체로 된 p형 및 n형 도핑층을 포함하여 이루어진 질화물계 반도체 발광 소자의 제조방법에 있어서, 상기 질화물계 반도체 발광 소자가 다수 형성되어 있는 웨이퍼를 업사이드 다운(upside-down) 방식으로 개개의 칩으로 자르는 과정에서, 상기 기판의 외측면에 경사부가 형성되도록 레이저 가공을 이용하여 상기 웨이퍼에 흠집내기(Scribing)를 행하는 흠집내기 공정; 및 상기 흠집내기 공정에 의해 형성된 직선들을 따라 절개(Cleaving)를 행하는 절개 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 레이저 가공은 펨토세컨드 레이저(Femtosecond Laser)를 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 레이저 가공은 진공 분위기 하에서 행해지는 것이 바람직하다. 한편, 상기 레이저 가공이 대기중에서 행해지는 경우, 레이저 가공은 생성되는 부산물을 제거하기 위해 압축 공기 분사 또는 화학 물질 주입 과정과 함께 행해지는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 흠집내기 공정은, 상기 질화물계 반도체의 결정 구조를 따라 제1의 간격을 두고 제1 방향으로 다수의 흠집내기를 행하는 제1 흠집내기 공정과; 상기 질화물계 반도체의 결정 구조를 따라 제2의 간격을 두고 상기 제1 방향과 60°의 각도를 이루는 제2 방향으로 다수의 흠집내기를 행하는 제2 흠집내기 공정; 및 상기 질화물계 반도체의 결정 구조를 따라 제3의 간격을 두고 상기 제1 방향 및 제2 방향과 각각 60°의 각도를 이루는 제3 방향으로 다수의 흠집내기를 행하는 제3 흠집내기 공정을 포함하고, 상기 절개 공정은 상기 제1, 제2 및 제3 흠집내기 공정에 의해 형성된 직선들을 따라 절개를 행하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 제1의 간격과 제2의 간격 및 제3의 간격은 모두 동일하게 조정되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 제1의 간격과 제2의 간격은 서로 동일하며, 상기 제3의 간격은 상기 제1의 간격 및 제2의 간격의 1/2로 조정되는 것도 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 흠집내기 공정은, 상기 질화물계 반도체의 결정 구조를 따라 제1의 간격을 두고 제1 방향으로 다수의 흠집내기를 행하는 제1 흠집내기 공정과; 상기 질화물계 반도체의 결정 구조를 따라 제2의 간격을 두고 상기 제1 방향과 60°의 각도를 이루는 제2 방향으로 다수의 흠집내기를 행하는 제2 흠집내기 공정을 포함하고, 상기 절개 공정은 상기 제1 및 제2 흠집내기 공정에 의해 형성된 직선들을 따라 절개를 행하는 절개 공정을 포함하며, 상기 제1의 간격과 상기 제2의 간격은 m:n(m, n은 양의 정수)의 비율을 가질 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

실시예

이하에서 설명되는 본 발명은 기본적으로 네 가지 측면에서 강조된다. 첫 번째 측면에서는 질화물계 반도체 발광 소자의 기판 상부측 측면-활성층과 도핑층을 둘러싸는 외측면-에 경사부가 형성되도록 레이저 가공을 이용한 흠집내기 공정을 웨이퍼 상에 행한 후에 절개하여 소자의 측면 대칭성을 깨뜨림으로써 소자 내부에서 발생되는 광의 순환적인 전반사를 제거하여 광 이용효율을 극대화시킨다.

두 번째 측면에서는 질화물계 반도체 발광 소자가 질화물계 반도체의 결정 구조에 따른 수평 단면 구조를 갖고 그것의 기판 상부측 측면-활성층과 도핑층을 둘러싸는 외측면-에 경사부를 구비하도록 레이저 가공을 이용한 흠집내기 공정을 웨이퍼 상에 행한 후에 절개하여 소자의 평면 및 측면 대칭성을 깨뜨림으로써 소자 내부에서 발생되는 광의 순환적인 전반사를 제거하고 광 이용효율을 극대화시킬 뿐만 아니라 소자(칩)의 수율을 종래에 비해 현저히 개선한다.

세 번째 측면에서는 질화물계 반도체 발광 소자의 기판 측면에 경사부가 형성되도록 레이저 가공을 이용한 흠집내기 공정을 업사이드 다운 방식으로 웨이퍼상에 행한 후에 절개하여 소자의 측면 대칭성을 깨뜨림으로써 소자 내부에서 발생되는 광의 순환적인 전반사를 제거하고 동시에 광 이용효율을 극대화시킨다.

네 번째 측면에서는 질화물계 반도체 발광 소자가 질화물계 반도체의 결정 구조에 따른 수평 단면 구조를 갖고 그의 기판 측면에 경사부가 형성되도록 레이저 가공을 이용한 흠집내기 공정을 업사이드 다운 방식으로 웨이퍼 상에 행한 후에 절개하여 소자의 평면 및 측면 대칭성을 깨뜨림으로써 소자 내부에서 발생되는 광의 순환적인 전반사를 제거하고 광 이용효율을 극대화시킬 뿐만 아니라 소자(칩)의 수율을 종래에 비해 현저히 개선한다.

<실시예 1>

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(200)는, 사파이어(Al₂O₃) 기판(20) 상에 InGaN 등의 질화물계 반도체로 된 활성층(22)과, 이 활성층(22)의 상부 및 하부에 각각 형성된 GaN 등의 질화물계 반도체로 된 p형 및 n형 도핑층(24, 21)을 구비하여 이루어진다. 또한 전하를 띤 캐리어들의 누적 효율을 증가시키기 위해 보다 에너지 밴드갭을 갖는 AlGaN 등의 클래드층(23)을 활성층(22)과 p형 도핑층(24) 사이에 추가적으로 구비할 수 있다. 그리고 상기한 p형 도핑층(24)의 상부에 형성되는 p형 투명전극(25)과, 이 p형 투명전극(25) 위에 부분적으로 형성되는 p형 전극(26)과, 상기한 n형 도핑층(21)에 접하여 형성되는 n형 전극(27), 및 기판(20)의 제2 주면(도면에서 아래쪽 면) 상에 형성되는 반사용 금속층(28)이 적절한 형태와 크기로 소정 위치에 구비된다.

특히 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물계 발광 소자(200)는 그 측면- 예를 들면 상기한 활성층(22)과 도핑층(21, 24)을 둘러싸는 외측면 -에 형성된 경사부(30)를 포함한다. 이러한 경사부(30)는 일관가공(Fabrication) 과정에서 가공된 웨이퍼 상에 오목한 모양으로 흠집(32)을 내는 레이저 가공을 이용한 흠집내기 공정에 의해 형성된다. 이러한 흠집내기 공정에는 예를 들어 펨토세컨드 레이저(Femtosecond Laser) 등의 극초단 레이저가 이용되는 것이 바람직하다. 도 4는 본 발명의 레이저 가공을 이용한 흠집내기 공정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 펨토세컨드 레이저로 질화물계 물질을 가공하면, 그 가공면의 프로파일(profile)은 대략 반원형 또는 반타원형 모양이 된다.

극초단 레이저 가공은 먼저 아주 짧은 펄스 길이 때문에 매우 높은 파워(충격량)를 만들어 낼 수 있으며, 가공 물질로 에너지를 아주 빨리 효과적으로 전달할 수 있어 열 전달 및 확산(thermal diffusion) 현상에 의한 에너지 손실을 극소화할 수 있을 뿐만 아니라 가공중에 물질에 가해질 수 있는 열적 충격이나 변형을 극소화 할 수 있다. 또한 아주 급격한 레이저 가공 문턱선속(very abrupt threshold laser fluence) 특성은 가공 물질의 위치나 결함밀도(defect density) 등에 구애받지 않고 물질을 가공할 수 있게 함으로써 특히 투명물질의 가공시 뛰어난 가공 정확도와 미세도를 확보할 수 있게 해준다.

예를 들어, 극초단 레이저 가공은 진공 분위기 하에서 강도를 1.6×10²mJ/㎠로 하고 스캔 속도를 0.5㎜/sec로 한 펨토세컨드 레이저 선속(laser fluence)을 이용하여 반도체 소자용 질화물계 물질을 가공했을 때, 질화물계 물질에 대략 깊이 13㎛, 폭 20~30㎛의 홈이 얻어지도록 행해질 수 있다. 특히 레이저 가공은 대기중에서 행하는 경우 레이저 가공을 행한 후에 홈의 내부와 주위에 재증착되는 산화 물질이 생성되기 때문에 진공 분위기 하에서 행해질 수 있다.

한편, 위의 예에서와 같이 진공 분위기 하에서 레이저 가공을 실시하지 않고 대기중에서 행하는 경우에는, 압축 공기를 분사하여 산화 부산물을 제거하거나 화학 물질을 주입하여 산화 부산물을 처리할 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 극초단 레이저 가공을 적절하게 행하여 질화물계 반도체 발광 소자(200)의 기판 상부측 측면에 형성된 경사부(30)의 곡선의 기울기를 이 곡선에 접하는 접선의 기울기로 보았을 때 0°를 초과해서 90°미만의 범위 내에 있도록 적절하게 조정할 수 있다.

한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자는 상술한 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이 가공된 웨이퍼의 흠집내기 공정에서 기판(20)의 소정 부분에까지 흠집(30a)을 형성할 수 있다. 이러한 경우, 흠집(30a)은 사파이어 기판(20)에서는 'V'자 형상으로 형성되고, 기판(20) 상의 질화물계 박막 형성부에서는 반원형 또는 반타원형 모양으로 형성된다. 즉 본 발명은 기판(20)의 소정 부분까지 경사부가 형성된 질화물계 반도체 발광 소자를포함할 수 있다.

<실시예 2>

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자의 일예를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 7a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자의 다른 예를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 7b는 도 7a의 평면도이다.

도 6과 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(300, 400)는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(200)와 유사하게, 사파이어(Al₂O₃) 기판(20) 상에 InGaN 등의 질화물계 반도체로 된 활성층(22)과, 이 활성층(22)의 상부 및 하부에 각각 형성된 GaN 등의 질화물계 반도체로 된 p형 및 n형 도핑층(24, 21)을 구비하여 이루어진다. 또한 전하를 띤 캐리어들의 누적 효율을 증가시키기 위해 보다 에너지 밴드갭을 갖는 AlGaN 등의 클래드층(23)을 활성층(22)과 p형 도핑층(24) 사이에 추가적으로 구비할 수 있다. 그리고 상기한 p형 도핑층(24)의 상부에 형성되는 p형 투명전극(25)과, 이 p형 투명전극(25) 위에 부분적으로 형성되는 p형 전극(26)과, 상기한 n형 도핑층(21)에 접하여 형성되는 n형 전극(27), 및 기판(20)의 제2 주면(도면에서 아래쪽 면) 상에 형성되는 반사용 금속층(28)이 적절한 형태와 크기로 소정 위치에 구비된다.

또한 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(300, 400)는 상기한 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(200)와 유사하게 기판(20)의 상부측 측면에 형성된 경사부(30)를 구비한다. 이러한 경사부(30)는 제1 실시예의 경우와 유사하게 일관가공 과정에서 웨이퍼 상에 흠집을 내는 레이저 가공을 이용한 흠집내기 공정에 의해 형성된다.

게다가, 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(300, 400)는 상기한 경사부(30)를 구비하는 것 이외에 질화물계 반도체의 결정 구조에 따른 수평 단면 구조를 갖는다. 다시 말해서, 사파이어 기판(20)과 이 기판(20)의 주면 상에 형성된 다수의 질화물계 박막층(21, 22, 23, 24)은 동일한 정육각형 기둥 모양의 결정 구조를 갖는다. 이러한 정육각형 기둥 모양의 결정 구조는 그 수평 단면 구조가 정삼각형 또는 정삼각형이 조합된 형상을 포함한다. 따라서 본 발명의 제2 실시예는 가공된 웨이퍼를 개개의 칩으로 자를 때, 상기한 결정 구조에 따라 정삼각형 또는 정삼각형이 조합된 형상-평행사변형 또는 마름모꼴 형상-으로 잘려진 칩(소자)에 의해 달성된다. 물론 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(300, 400)가 다수 가공되어 있는 웨이퍼를 결정 구조에 따라 자를 때에는 각 발광 소자의 기판 상부측 측면에 경사부(30)가 구비되도록 레이저 가공을 이용한 흠집내기 공정을 행해야 한다.

참고로 도 6은 수평 단면 구조가 정삼각형인 경우를 나타내고, 도 7a 및 도 7b는 수평 단면 구조가 평행사변형인 경우를 나타낸다. 또한, 도 6과 도 7a 및 도 7b에 도시된 제2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자의 수평 단면 구조에 있어서, 예각 꼭지점은 모두 60°가 되고 둔각 꼭지점은 모두 120°가 된다.

다음은 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물계 반도체 소자(300, 400)의 상기한 수평 단면 구조에 대한 이론적 근거를 보다 구체적으로 설명한다.

질화갈륨(GaN)을 비롯한 모든 질화물계 반도체는 상기한 바와 같이 기본적으로 정육각형(Hexagonal) 기둥 모양의 결정 구조를 갖는다. 이 기둥의 수평 단면은 정삼각형 여섯개가 모인 구조로 볼 수 있다. 도 8과 도 9는 이를 설명하기 위한 것으로, 도 8은 질화물계 반도체가 가지는 정육각형 기둥 모양의 단위 결정 구조를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8의 단위 결정 구조들이 주기적으로 배열된 질화물계 반도체의 결정 구조를 (0001)면에서 바라본 것을 단순화시켜 나타낸 도면이다. 도 8에서, 각각의 단위벡터에 표시된 숫자들은 결정학에서 일반적으로 사용되는 표시를 따른 것이다.

반면 갈륨비소(GaAs)를 비롯한 다른 대부분의 화합물 반도체들은 정육면체(Cubic) 결정 구조를 가지고 있는데, 이런 정육면체 결정 구조를 가진 화합물 반도체들을 이용하여 발광 다이오드를 만들 때에는 직사각형 모양의 수평 단면을 갖는 직육면체 구조의 발광 다이오드를 제조함에 있어 절삭 공구를 사용하지 않고도 그 정육면체 결정 구조의 특성을 살려서, 칩 제작시 통상적으로 사용되는 흠집내기(Scribing)와 절개(Cleaving)를 통하여 발광 다이오드 칩을 만들기 때문에 기판의 손실이 거의 없다.

그러나 질화물계 반도체를 이용하여 발광 다이오드를 제조할 경우에는 이들의 결정 구조가 정삼각형을 기본으로 하는 정육각형 기둥(Hexagonal System)의 형태로 되어 있기 때문에 수평 단면의 모양을 직사각형의 형태로 만들기 위해서는 어쩔 수 없이 절삭용 공구를 사용해야만 한다.

본 발명의 특징 중의 하나는 이와 같은 질화물계 반도체의 결정 구조의 특성을 고려한 것으로, 정삼각형을 기본으로 하는 정육각형 기둥의 구조를 가진 반도체들은 정삼각형을 기본으로 하는 수평 단면을 지닌 모양의 발광 다이오드 칩을 만들기 위해서 절삭용 공구를 사용하지 않고도 통상적인 칩 제조방법인 흠집내기(Scribing)와 절개(Cleaving)를 통하여 발광 다이오드를 생산할 수 있다는 것이다.

도 9는 이에 대한 기하학적인 설명으로 여기서 실선들은 결정면들을 수평 단면으로 나타낸 것으로 절개가 쉽게 이루어지는 선들이다. 반면에, 점선들은 직사각형 모양의 수평 단면을 갖는 직육면체 질화물계 반도체 발광 다이오드를 만들기 위해 절삭이 불가피한 선을 나타낸다. 이런 점선들은 절개가 쉽게 이루어지지 않기 때문에 결국 절삭용 공구를 사용하여 절단(cutting)해야만 하는 것이다.

질화물계 반도체 결정 구조를 이용하여 만들 수 있는 발광 다이오드의 수평 단면 구조들의 구체적인 예들이 도 10a 내지 도 10c에 각각 도시되어 있으며, 이에 대하여는 이하에서 보다 구체적으로 나누어 설명하기로 한다.

도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 질화물계 반도체의 결정 구조는 정삼각형을 기본으로 하기 때문에 정삼각형을 이루는 방향으로 절개가 잘 이루어진다. 즉 [2-1-10], [-12-10], [-1-120]의 방향들이 절개가 쉽게 이루어지는 방향들이다. 따라서 이런 정삼각형을 기본으로 하는 형태의 발광 다이오드를 만드는 것이 기판을불필요하게 소모하지 않고 모두 칩으로 제작해낼 수 있는 가장 효율적인 방법이다.

도 10a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 정삼각형 모양의 수평 단면을 갖는 질화물계 반도체 발광 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.

즉 본 실시예에서는 질화물계 반도체 발광 다이오드를 제조함에 있어, 질화물계 반도체의 결정 구조를 따라 소정의 간격을 두고 [2-1-10]의 방향으로 다수의 흠집내기를 행하고, 역시 질화물계 반도체의 결정 구조를 따라 상기 소정의 간격과 동일한 간격을 두고 상기 [2-1-10]의 방향과 60°의 각도를 이루는 [-1-120]의 방향으로 다수의 흠집내기를 행하고, 다음에 질화물계 반도체의 결정 구조를 따라 위와 동일한 간격을 두고 상기 [2-1-10]의 방향 및 [-1-120]의 방향과 각각 60°의 각도를 이루는 [-12-10]의 방향(도면상에서 수평 방향)으로 다수의 흠집내기를 행하는 공정들을 거친 후, 이들 공정에 의해 형성된 직선들을 따라 절개를 행하였다. 얻어진 개개의 정삼형 칩의 측면에는 흠집내기 공정에서 이미 형성된 경사부(30)가 구비되어 있었다.

이와 같은 공정들에 의해 원하는 정삼각형 모양의 수평 단면을 갖고 기판(20)의 상부의 측면이 경사지게 절개된 질화물계 반도체 발광 다이오드 칩들을 얻었다. 또한 여기서 정삼각형 모양의 수평 단면을 갖는 발광 다이오드 칩의 크기는 상기한 흠집내기 간격을 조절함으로써 얼마든지 조절이 가능하다.

도 10b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 평행사변형 모양의 수평 단면을 갖는 질화물계 반도체 발광 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.

즉 본 실시예에서는 질화물계 반도체 발광 다이오드를 제조함에 있어, 질화물계 반도체의 결정 구조를 따라 소정의 간격을 두고 [2-1-10]의 방향으로 다수의 흠집내기를 행하고, 다음에 질화물계 반도체의 결정 구조를 따라 상기 소정의 간격과 동일한 간격을 두고 상기 [2-1-10]의 방향과 60°의 각도를 이루는 [-12-10]의 방향(도면상에서 수평 방향)으로 다수의 흠집내기를 행하는 공정들을 거친 후, 이들 공정에 의해 형성된 직선들을 따라 절개를 행하였다.

이와 같은 공정들에 의해 원하는 평행사변형 모양의 수평 단면을 갖고 기판(20)의 상부의 측면이 경사지게 절개된 질화물계 반도체 발광 다이오드 칩들을 얻었다. 또한, 여기서도 평행사변형 모양의 수평 단면을 갖는 발광 다이오드 칩의 크기는 상기한 흠집내기 간격을 조절함으로써 얼마든지 조절이 가능하다. 한편, 본 실시예에서는 흠집내기 공정에 있어 흠집내기 간격을 동일하게 하였으나, 흠집내기 간격을 m:n(m, n은 양의 정수)의 비율을 갖도록 함으로써 다양한 크기뿐만 아니라 다양한 모양의 평행사변형 모양의 수평 단면을 갖는 발광 다이오드 칩을 제조하는 것도 가능하다.

도 10c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 사다리꼴 모양의 수평 단면을 갖는 질화물계 반도체 발광 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에서는 상기한 제2 실시예의 삼각형 모양의 수평 단면을 갖는 질화물계 반도체 발광 소자의 제조 공정의 경우와 동일한 공정들에 의해 질화물계 반도체 발광 다이오드를 제조하였다. 다만, 본 실시예에서는 흠집내기 공정에 있어 [2-1-10]의 방향과 [-1-120]의 방향에 대한 흠집내기 간격은 서로 동일하게 하는 반면, [-12-10]의 방향에 대한 흠집내기 간격은 그 절반으로 설정하였다.

이와 같은 공정들에 의해 원하는 사다리꼴 모양의 수평 단면을 갖고 기판(20)의 상부의 측면이 경사지게 절개된 질화물계 반도체 발광 다이오드 칩들을 얻었으며, 이 사다리꼴 면적의 1/3에 해당하는 면적을 가진 정삼각형 모양의 수평 단면 구조를 갖고 기판(20)의 상부의 측면이 경사지게 절개된 칩들도 똑같은 개수로 얻었다. 또한, 여기서도 사다리꼴 및 정삼각형 모양의 수평 단면을 갖고 기판(20) 상부의 측면이 경사지게 절개된 발광 다이오드 칩의 크기는 상기한 흠집내기 간격을 조절함으로써 얼마든지 조절이 가능하다.

이상과 같은 본 발명의 실시예상의 형태들을 기본으로 질화물계 반도체 발광 다이오드를 제조하게 되면 광 이용효율을 극대화시키면서 동시에 웨이퍼의 수율을 극대화시킬 수 있다. 광 이용효율을 극대화시키는 것에 대해서는 이하에서 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.

본 발명의 제2 실시예에서와 같은 정삼각형, 평행사변형 또는 사다리꼴 모양의 수평 단면을 갖는 발광 소자-예를 들면 발광 다이오드-의 경우 먼저 활성 영역의 임의의 점광원에서 발생한 빛 중 칩의 수직 경계면을 향해 임계각을 벗어난 전반사 영역으로 입사한 빛들은 일단 모두 반사된다. 그러나 정삼각형, 평행사변형 또는 사다리꼴의 특성상 대칭성이 깨져서 직사각형 수평 단면의 경우에서처럼 영구적인 전반사는 일어나지 않는다. 즉 곧바로 2차, 3차 경계면에서 임계각보다 작은 입사각으로 입사하게 되기 때문에 처음에 전반사되었던 빛이라 하더라도 결국 바깥으로 빠져나오게 된다.

<실시예 3>

도 11a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자의 정면도이고, 도 11b는 도 11a의 평면도이며, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자의 제조 공정에서 흠집내기 공정의 또다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 11a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(500)는, 사파이어(Al₂O₃) 기판(20) 상에 InGaN 등의 질화물계 반도체로 된 활성층(22)과, 이 활성층(22)의 상부 및 하부에 각각 형성된 GaN 등의 질화물계 반도체로 된 p형 및 n형 도핑층(24, 21)을 구비하여 이루어진다. 또한 본 실시예에도 제1 및 제2 실시예의 경우와 유사하게 전하를 띤 캐리어들의 누적 효율을 증가시키기 위해 보다 에너지 밴드갭을 갖는 AlGaN 등의 클래드층(미도시)을 활성층(22)과 p형 도핑층(24) 사이에 추가적으로 구비할 수 있다. 그리고 상기한 p형 도핑층(24)의 상부에 부분적으로 형성되는 p형 전극(26)과 상기한 n형 도핑층(21)에 접하여 형성되는 n형 전극(27)이 적절한 위치에 적절한 형태와 크기로 구비된다.

특히 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(500)는 기판(20)의 측면에 형성된 경사부(40)를 포함한다. 이러한 경사부(40)는 상기한 활성층(22)과 도핑층(21, 24)이 형성되어 있는 방향의 반대쪽 방향-도면에서 위쪽 방향-으로 갈수록 단면적이 감소되는 모양으로 이루어진다. 즉, 도 11a 및 도 11b에도시된 것과 같이, 경사부(40)는 기판(20)이 대략 직사각형 단면 구조를 갖기 때문에 각 측면의 상단부가 중심으로 모여진 모양 또는 동축상에서 단면적이 감소하는 모양으로 형성된다. 도 11b에서 참조부호 12a는 기판(20)의 가장 위쪽 주면을 나타낸다.

또한 경사부(40)는 일관가공 과정에서 가공된 웨이퍼를 업사이드 다운방식으로 놓고 흠집을 내는 레이저를 이용한 흠집내기 공정에 의해 형성된다. 흠집내기 공정은 사파이어 기판에 'V'자 모양의 홈이 형성되도록 펨토세컨드 레이저에 의해 이루어진다. 도 12는 사파이어 기판에 레이저 가공을 이용하여 흠집내기 공정을 행한 예를 나타낸 예시도이고, 여기에서 참조부호 40은 경사부를 나타낸다. 이러한 경사부(40)는 수직 측면을 기준으로 하여 그 기울기가 0°를 초과해서 90°미만의 범위 내에 있도록 적절하게 조정된다.

예를 들어, 경사부(40)는 진공 분위기 하에서, 강도를 2.1×10⁴mJ/㎠로 하고 스캔 속도를 0.025㎜/sec로 한 펨토세컨드 레이저 선속(laser fluence)을 이용하여 사파이어 기판을 가공했을 때, 사파이어 기판에 형성된 깊이 60㎛, 폭 78 ~ 86㎛의 'V'자 모양의 홈에 의해 소정 기울기로 형성된다. 한편, 본 실시예에서는 제1 실시예나 제2 실시예와는 달리 사파이어 기판을 레이저 가공하기 때문에 부산물로서의 산화물질이 거의 발생되지 않는다. 따라서 레이저 가공을 대기중에서 행해도 크게 문제가 되지 않는다. 게다가, 레이저 가공을 대기중에서 행하는 경우에는 발생된 적은 부산물을 압축 공기나 화학 처리 등을 이용하여 용이하게 제거할 수도 있다.

<실시예 4>

도 13a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자의 정면도이다.

도 13a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(600)는, 사파이어(Al₂O₃) 기판(20) 상에 InGaN 등의 질화물계 반도체로 된 활성층(22)과, 이 활성층(22)의 상부 및 하부에 각각 형성된 GaN 등의 질화물계 반도체로 된 p형 및 n형 도핑층(24, 21)을 구비하여 이루어진다. 또한 본 실시예에도 제1, 제2 및 제3 실시예의 경우와 유사하게 전하를 띤 캐리어들의 누적 효율을 증가시키기 위해 보다 에너지 밴드갭을 갖는 AlGaN 등의 클래드층(미도시)을 활성층(22)과 p형 도핑층(24) 사이에 추가적으로 구비할 수 있다. 그리고 상기한 p형 도핑층(24)의 상부에 부분적으로 형성되는 p형 전극(26)과 상기한 n형 도핑층(21)에 접하여 형성되는 n형 전극(27)이 적절한 형태와 크기로 소정 위치에 구비된다.

특히 본 발명의 제4 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(600)는 기판(20)의 측면에 형성된 경사부(40)를 포함한다. 이러한 기판(20)의 측면에 형성된 경사부(40)는 활성층(22)과 도핑층(21, 24)이 형성되어 있는 방향의 반대쪽 방향-도면에서 위쪽 방향-으로 갈수록 단면적이 감소되는 모양으로 이루어진다. 도 13b는 도 13a의 평면도이고, 여기에서 참조부호 20a는 기판(20)의 최상부측 표면을 나타낸다. 또한 경사부(40)는 일관가공 과정에서 가공된 웨이퍼를 업사이드 다운방식으로 놓고 흠집내기를 행하는 레이저 가공을 이용한 흠집내기 공정에 의해 형성된다. 흠집내기 공정에는 제1, 제2 및 제3 실시예에서와 같이 펨토세컨드 레이저를 이용하는 것이 바람직하다.

게다가, 본 실시예에 따른 발광소자(600)는 상기한 경사부(40)를 구비하는 것에 더하여 본 발명의 제2 실시예의 경우와 유사하게 발광 소자(600)가 질화물계 반도체의 결정구조에 따른 수평단면구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 도 13b에 도시된 바와 같이 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 소자는 정삼각형 또는 정삼각형이 조합된 모양-예를 들면 평행사변형, 사다리꼴 모양-을 갖는다. 도 13b에서 소자의 예각 꼭지점은 모두 60°가 되고 둔각 꼭지점은 모두 120°가 된다. 이에 대한 구체적인 설명은 제2 실시예의 수평단면구조에 대한 설명과 중복되므로 생략한다.

다음은 제4 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자를 인쇄회로기판에 실장하는 예를 설명한다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자를 전자 소자의 인쇄회로기판 상에 플립칩 본딩 방식으로 실장하는 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 15는 도 14에서 전자 소자의 인쇄회로기판 위에 플립칩 본딩되는 발광 소자의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 한편, 본 실시예에서는 제4 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(600)가 실장된 경우에 대하여 언급하지만 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않고, 앞서 언급한 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(500)가 실장되는 경우에도 동일하게 적용된다.

도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 질화물계 반도체발광 소자(600)가 실장된 전자 소자는 발광 소자(600)와 인쇄회로기판(700) 및 이것들을 전기적으로 연결하는 솔더 범프(74a, 74b) 등의 결합수단을 포함한다. 솔더 범프(74a, 74b)는 발광 소자(600)의 p형 및 n형 전극(26, 27)과 인쇄회로기판(700)의 p형 및 n형 전극 패턴(72a, 72b)과의 사이에 배치된다. 도 15에서와 같이, 인쇄회로기판(700)의 p형 및 n형 전극 패턴(72a, 72b)은 금(Au) 등의 도전성 재료에 의해 소정 형상으로 인쇄회로기판의 주면상에 도포되어 형성된다. 도 15에서 참조부호 27a는 n형 전극 패드 영역을 나타내고, 참조부호 74c와 74d는 더미 솔더 범프(dummy solder bump)를 나타내며, 참조부호 600a는 발광 소자(600)가 놓여지는 위치를 나타낸다. 한편 도면에는 도시하지 않았지만, p형 및 n형 전극 패턴(72a, 72b)은 금(Au) 등의 도전성 재료를 이용한 와이어 본딩에 의해 주변 회로 또는 외부 회로와 전기적으로 연결될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 발광 소자 내에서 생성된 빛은 소자 내부에서 순환적으로 전반사되지 않고 대부분 소자 내의 활성영역을 통해 활성화되어 기판(20)의 상부면(20a)을 통해 방출된다(도 13b 참조). 다시 말하면, 통상의 발광소자에서 사파이어 기판의 두께는 질화물계 물질의 활성영역층의 두께보다 두껍기 때문에 경사부의 각도를 확보하기 상대적으로 쉽다. 또한 사파이어 기판의 굴절률이 질화물계 물질의 굴절률보다 낮기 때문에 빛의 전반사 횟수가 적다. 따라서 제1 실시예나 제2 실시예에서는 질화물계 물질의 활성영역층 내에서 빛이 여러차례 전반사되고 그 가운데 일부가 활성층에 흡수되는 반면, 본 실시예에서와 같이 발광 소자를 업사이드 다운 방식으로 인쇄회로기판 상에 실장하는 경우에는 활성층에 의해 흡수되는 빛이 상대적으로 적기 때문에 광효율이 매우 높아진다. 이같이 본 발명에 의하면 발광 소자에서 생성된 빛을 최대한 바깥으로 뽑아내어 이용하는 것이 가능하다.

이와 같이 본 발명의 제4 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(600)는 소정 모양의 전극 패턴(72a, 72b)이 형성된 인쇄회로기판(700) 상에 솔더 범프(solder bump; 74a, 74b) 등을 통해 플립칩 본딩(Filp-chip bonding) 되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 위의 제4 실시예에서 언급한 바와 같이 플립칩 본딩되는 발광 소자가 질화물계 반도체의 결정구조에 따른 수평 단면 구조-정삼각형 또는 정삼각형이 조합된 모양-를 갖고 동시에 레이저 가공에 의해 경사부를 갖도록 이루어진다.

이상의 실시예에서는 질화물계 반도체 발광 다이오드에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 정육각기둥 형태를 가진 질화물계 반도체를 이용하여 제조되는 모든 소자들에 적용될 수 있으므로, 단지 발광 다이오드(LED) 뿐만 아니라 레이저 다이오드(LD) 등의 모든 질화물계 반도체 발광 소자와 전자 소자들의 제작시 칩 생산수율을 최대로 높여줄 수 있는 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반도체를 이용한 모든 발광 소자 및 전자 소자들의 칩 제작시, 절삭 공구를 사용하지 않고 레이저 가공을 통한 흠집내기(Scribing)와 절개(Cleaving) 방법을 이용하여 칩을 만들기 때문에 절삭과정을 통해 소모되는 칩의 양을 거의 없게 할 수 있다. 따라서 종래의 기술에 비해칩 생산수율을 크게 증가시킬 수 있다는 이점이 있다.

뿐만 아니라 발광 소자, 특히 발광 다이오드를 그 측면에 경사부가 구비된 구조로 제조할 경우, 영구적인 전반사 현상을 제거하여 발생한 빛의 양을 최대한 바깥으로 뽑아내어 이용할 수 있게 함으로써 광 이용효율의 극대화를 이룰 수 있으며, 나아가 전력대비 광 이용효율이 증가함에 따라 투입 전류량을 줄여서 발광 소자 자체의 수명을 연장할 수도 있다.

더욱이 질화물계 반도체 발광 소자를 이용하는 경우, 질화물계 반도체의 정육각형(Hexagonal) 기둥 형태의 결정 구조에 따라 소자의 수평 단면 구조가 형성되도록 제조하면서 동시에 레이저 가공을 통한 흠집내기를 한 후 절개하는 과정을 통해 그 측면에 경사부를 형성함으로써, 소자 내부의 순환적인 전반사 현상을 제거하여 광 이용효율을 더욱 극대화시키고 동시에 칩 생산수율을 더욱 크게 증가시킬 수 있다는 이점이 있다.

본 명세서에서 기술된 실시예들은 단지 설명의 목적으로 기재된 것이며, 따라서 당업자들에 의한 이들의 다양한 변형 내지는 사소한 변경은 본 발명의 기술적 사상의 범주에 포함되며 나아가 본 특허청구범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims (14)

1. 기판(20)상에 질화물계 반도체로 된 활성층(22)과, 이 활성층(22)의 상부 및 하부에 각각 형성된 질화물계 반도체로 된 p형 및 n형 도핑층(24, 21)을 구비하여 이루어진 질화물계 반도체 발광 소자(200; 300; 400)에 있어서,

   상기 활성층(22)과 상기 도핑층(21, 24)이 형성되어 있는 기판(20)의 상부측 외측면 중 적어도 어느 하나의 외측면은, 레이저 가공을 이용한 흠집내기(Scribing) 공정에 의해 경사지게 잘려지고 상기 기판(20)의 상부측 방향으로 갈수록 단면적이 감소하는 모양으로 이루어진 경사부(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
2. 기판(20)상에 질화물계 반도체로 된 활성층(22)과, 이 활성층(22)의 상부 및 하부에 각각 형성된 질화물계 반도체로 된 p형 및 n형 도핑층(24, 21)을 구비하여 이루어진 질화물계 반도체 발광 소자(500; 600)에 있어서,

   상기 기판(20)의 적어도 어느 하나의 외측면은, 레이저 가공을 이용한 흠집내기(Scribing) 공정에 의해 경사지게 잘려지고 상기 활성층(22)과 상기 도핑층(21, 24)이 형성되어 있는 방향의 반대쪽 방향으로 갈수록 단면적이 감소하는 모양으로 이루어진 경사부(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 레이저 가공은 펨토세컨드 레이저(Femtosecond Laser)를 이용하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
4. 제3항에 있어서,

   상기 레이저 가공은 진공 분위기 하에서 행해지는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   질화물계 반도체의 결정 구조에 따른 정삼각형을 기본으로 하여, 이들의 조합으로 이루어진 정삼각형, 평행사변형, 사다리꼴 중 어느 하나의 수평 단면 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
6. 기판(20)상에 질화물계 반도체로 된 활성층(22)과, 이 활성층(22)의 상부 및 하부에 각각 형성된 질화물계 반도체로 된 p형 및 n형 도핑층(24, 21)을 포함하여이루어진 질화물계 반도체 발광 소자(200; 300; 400)의 제조방법에 있어서,

   상기 질화물계 반도체 발광 소자(200; 300; 400)가 다수 형성되어 있는 웨이퍼를 개개의 칩으로 자르는 과정에서, 상기 활성층(22)과 상기 도핑층(21, 24)의 외측면에 경사부(30)가 형성되도록 레이저 가공을 이용하여 상기 웨이퍼에 흠집내기(Scribing)를 행하는 흠집내기 공정; 및

   상기 흠집내기 공정에 의해 형성된 직선들을 따라 절개(Cleaving)를 행하는 절개 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자의 제조방법.
7. 기판(20)상에 질화물계 반도체로 된 활성층(22)과, 이 활성층(22)의 상부 및 하부에 각각 형성된 질화물계 반도체로 된 p형 및 n형 도핑층(24, 21)을 포함하여 이루어진 질화물계 반도체 발광 소자(500; 600)의 제조방법에 있어서,

   상기 질화물계 반도체 발광 소자(500; 600)가 다수 형성되어 있는 웨이퍼를 업사이드 다운(upside-down) 방식으로 개개의 칩으로 자르는 과정에서, 상기 기판(20)의 외측면에 경사부(40)가 형성되도록 레이저 가공을 이용하여 상기 웨이퍼에 흠집내기(Scribing)를 행하는 흠집내기 공정; 및

   상기 흠집내기 공정에 의해 형성된 직선들을 따라 절개(Cleaving)를 행하는 절개 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자의 제조방법.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 레이저 가공은 펨토세컨드 레이저(Femtosecond Laser)를 이용하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자의 제조방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 레이저 가공은 진공 분위기 하에서 행해지는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자의 제조방법.
10. 제8항에 있어서,

    상기 레이저 가공은 레이저 가공시 생성되는 부산물을 제거하기 위한 압축 공기 분사 또는 화학 물질 주입 과정과 함께 행해지는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자의 제조방법.
11. 제6항 또는 제7항에 있어서,

    상기 흠집내기 공정은, 상기 질화물계 반도체의 결정 구조를 따라 제1의 간격을 두고 제1 방향으로 다수의 흠집내기(Scribing)를 행하는 제1 흠집내기 공정과; 상기 질화물계 반도체의 결정 구조를 따라 제2의 간격을 두고 상기 제1 방향과60°의 각도를 이루는 제2 방향으로 다수의 흠집내기를 행하는 제2 흠집내기 공정; 및 상기 질화물계 반도체의 결정 구조를 따라 제3의 간격을 두고 상기 제1 방향 및 제2 방향과 각각 60°의 각도를 이루는 제3 방향으로 다수의 흠집내기를 행하는 제3 흠집내기 공정을 포함하고,

    상기 절개 공정은 상기 제1, 제2 및 제3 흠집내기 공정에 의해 형성된 직선들을 따라 절개(Cleaving)를 행하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자의 제조방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 제1의 간격과 제2의 간격 및 제3의 간격은 모두 동일한 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자의 제조방법.
13. 제11항에 있어서,

    상기 제1의 간격과 제2의 간격은 서로 동일하며, 상기 제3의 간격은 상기 제1의 간격 및 제2의 간격의 1/2인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자의 제조방법.
14. 제6항 또는 제7항에 있어서,

    상기 흠집내기 공정은, 상기 질화물계 반도체의 결정 구조를 따라 제1의 간격을 두고 제1 방향으로 다수의 흠집내기(Scribing)를 행하는 제1 흠집내기 공정과; 상기 질화물계 반도체의 결정 구조를 따라 제2의 간격을 두고 상기 제1 방향과 60°의 각도를 이루는 제2 방향으로 다수의 흠집내기를 행하는 제2 흠집내기 공정을 포함하고,

    상기 절개 공정은 상기 제1 및 제2 흠집내기 공정에 의해 형성된 직선들을 따라 절개(Cleaving)를 행하는 절개 공정을 포함하며,

    상기 제1의 간격과 상기 제2의 간격은 m:n(m, n은 양의 정수)의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자의 제조방법.