KR20120006283A - 발광 디바이스 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면은, 기판과, 상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 적층된 구조를 구비하는 발광구조물과, 상기 발광구조물 상에 배치된 렌즈 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층과 각각 전기적으로 연결된 제1 및 제2 단자부를 포함하며, 상기 제1 및 제2 단자부 중 적어도 하나는 상기 발광구조물의 상면으로부터 상기 발광구조물 및 상기 기판의 측면을 따라 연장된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스를 제공한다.
Description
본 발명은 발광 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 발광소자의 일 종인 발광 다이오드(LED)는 전류가 가해지면 p, n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 발광 다이오드는 필라멘트에 기초한 발광구조물에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 특히, 최근에는, 청색 계열의 단파장 영역의 빛을 발광할 수 있는 3족 질화물 반도체가 각광을 받고 있다.
일반적으로, 발광 다이오드는 웨이퍼 레벨에서 제조된 후 개별 칩 단위로 다이싱(dicing)되며, 이후, 개별 칩은 형광체막이나 렌즈 등이 부가되어 패키징(packaging)된다. 그러나, 이러한 방식을 이용할 경우, 각각의 칩 별로 패키징 공정이 수행되므로 공정이 복잡해지고 비용이 증가하는 문제가 있으며, 나아가, 최종 패키지 구조를 소형화하는 데도 어려움이 있다. 따라서, 당 기술 분야에서는 공정 간소화 및 디바이스의 소형화에 유리하도록 적절한 웨이퍼 레벨 패키징 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 일 목적은 크기가 소형화됨과 더불어 칩 사이즈의 렌즈를 사용함으로써 광 추출 효율이 향상될 수 있는 발광 디바이스를 제공하는 것이 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 발광 디바이스를 제조함에 있어서 제조 공정이 간소화되며 제조 원가를 저감할 수 있는 발광 디바이스 제조방법을 제공하는 것에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 측면은,
기판과, 상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 적층된 구조를 구비하는 발광구조물과, 상기 발광구조물 상에 배치된 렌즈 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층과 각각 전기적으로 연결된 제1 및 제2 단자부를 포함하며, 상기 제1 및 제2 단자부 중 적어도 하나는 상기 발광구조물의 상면으로부터 상기 발광구조물 및 상기 기판의 측면을 따라 연장된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판은 전기 전도성 기판일 수 있다.
이 경우, 상기 제1 단자부는 상기 기판의 하면에 배치되며, 상기 제2 단자부는 상기 발광구조물의 상면으로부터 상기 발광구조물 및 상기 기판의 측면을 따라 연장된 구조를 가질 수 있다.
이 경우, 상기 발광구조물 및 상기 기판 각각의 측면과 상기 제2 단자부 사이에 배치된 절연체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 렌즈는 상기 발광구조물의 측면은 덮지 않도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 렌즈와 상기 발광구조물 사이에 배치된 투광성 폴리머층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 렌즈와 상기 발광구조물 사이에 배치되어 상기 발광구조물에서 방출된 빛의 파장을 변환하는 광변환층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 렌즈는 표면에 형성된 마이크로 렌즈 어레이를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판은 전기 절연성 기판일 수 있다.
이 경우, 상기 제1 단자부는 상기 기판의 하면에 배치되어 상기 기판을 관통하는 도전성 비아에 의하여 상기 발광구조물와 전기적으로 연결되며, 상기 제2 단자부는 상기 발광구조물의 상면으로부터 상기 발광구조물 및 상기 기판의 측면을 따라 연장된 구조를 가질 수 있다.
이 경우, 상기 제1 및 제2 단자부는 각각 상기 발광구조물의 상면으로부터 상기 발광구조물 및 상기 기판의 측면을 따라 연장된 구조를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면은,
성장 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 성장시켜 발광구조물을 형성하는 단계와, 상기 발광구조물 상에 지지 기판을 부착한 후 상기 성장 기판을 상기 발광구조물로부터 분리하는 단계와, 상기 발광구조물 및 상기 지지 기판에 적어도 하나의 관통구를 형성하는 단계 및 상기 발광구조물의 상면과 접속되도록 상기 관통구를 적어도 일부 채우는 단자부를 형성하는 단계를 포함하는 발광 디바이스 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광구조물 상에 렌즈를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 렌즈는 개별 칩 단위로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광구조물 및 상기 지지 기판을 개별 칩 단위로 다이싱하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 다이싱하는 단계에서 절단되는 영역 중 적어도 하나는 상기 단자부일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광구조물 상에 투광성 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광구조물 상에 상기 발광구조물에서 방출된 빛의 파장을 변환하는 광변환층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 단자부를 형성하는 단계 전에 상기 관통구의 내벽에 절연체를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 발광 디바이스의 경우, 크기가 소형화됨과 더불어 칩 사이즈의 렌즈를 사용함으로써 광 추출 효율이 향상될 수 있다. 나아가, 상기와 같은 발광 디바이스를 제조함에 있어서 제조 공정이 간소화되며 제조 원가를 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 디바이스에서 발광구조물을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1의 발광 디바이스에서 발광구조물과 기판 사이 영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 1의 발광 디바이스에서 렌즈 영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 5 내지 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 디바이스 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정별 단면도이다.
도 11은 도 1의 실시 형태에서 변형된 예에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 13 내지 15는 각각 도 12의 실시 형태에서 변형된 예에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 디바이스에서 발광구조물을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1의 발광 디바이스에서 발광구조물과 기판 사이 영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 1의 발광 디바이스에서 렌즈 영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 5 내지 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 디바이스 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정별 단면도이다.
도 11은 도 1의 실시 형태에서 변형된 예에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 13 내지 15는 각각 도 12의 실시 형태에서 변형된 예에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2는 도 1의 발광 디바이스에서 발광구조물을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 또한, 도 3은 도 1의 발광 디바이스에서 발광구조물과 기판 사이 영역을 확대하여 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 1의 발광 디바이스에서 렌즈 영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 발광 디바이스(100)는 기판(102)과 그 위에 배치된 발광구조물(101), 제1 및 제2 단자부(103a, 103b), 투광성 폴리머층(105), 광변환층(106) 및 렌즈(107)를 포함하는 구조이다. 본 실시 형태의 경우, 기판(102)은 전기 전도성 기판을 사용할 수 있으며, 예를 들어, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs, GaN, SiC 등의 다양한 물질로 이루어지거나 이들 물질이 혼합되어 사용될 수 있다. 기판(102) 하면에는 제1 단자부(103a)가 배치되며, 이에 따라, 발광구조물(101) 중 제1 도전형 반도체층(203)과 접속될 수 있다.
또한, 제2 단자부(103b)는 발광구조물(101)의 상면으로부터 발광구조물(102) 및 기판(102)의 측면을 따라 연장된 구조를 가지며, 이에 따라, 발광구조물(101) 중 제2 도전형 반도체층(201)과 접속될 수 있다. 이 경우, 제2 단자부(103b)와 발광구조물(101) 및 기판(102)의 측면 사이에는 절연체(104)가 배치될 수 있으며, 절연체(104)로서 실리콘 산화물이나 실리콘 질화물 등의 물질을 이용할 수 있다. 또한, 제2 단자부(103b)는 절곡되어 기판(102) 하부로 연장될 수 있다. 제1 및 제2 단자부(103a, 103b)가 발광 디바이스(100)의 하부에 배치됨에 따라 발광 디바이스(100)를 표면 실장 공정(SMT)으로 PCB 기판 등에 용이하게 실장할 수 있다. 한편, 제1 및 제2 단자부(103a, 103b)는 전기 전도성이 우수한 금속 등을 이용하여 형성될 수 있을 것이다.
발광구조물(100)은 도 2에 도시된 것과 같이, 제1 및 제2 도전형 반도체층(203, 201)과 그 사이에 배치된 활성층(202)을 구비하는 적층 구조이다. 본 실시 형태의 경우, 제1 및 제2 도전형 반도체층(203, 201)은 각각 p형 및 n형 반도체층이 될 수 있으며, 또한, 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 이루어질 수 있다. 다만, 질화물 반도체 외에도 GaAs계 반도체나 GaP계 반도체도 사용될 수 있을 것이다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(203, 201) 사이에 형성되는 활성층(202)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조로 이루어질 수 있다. 다중 양자우물 구조의 경우, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(203, 201)과 활성층(202)은 당 기술 분야에서 공지된 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 반도체층 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있을 것이다.
도 3에 도시된 것과 같이, 발광구조물(101)과 기판(102) 사이에는 본딩층(108)이 개재될 수 있으며, 본딩층(108)은 AuSn 등과 같은 공융금속이나 도전성 에폭시 등의 도전성 폴리머로 이루어질 수 있다. 다만, 본딩층(108)이 반드시 도전성 물질로 이루어질 필요는 없으며, 비 전도성 본딩 물질을 사용할 수도 있을 것이다. 다만, 이 경우에는 제1 단자부(103a)는 상기 본딩층(108)을 관통하는 비아 구조를 구비하여 제1 도전형 반도체층(203)과 접속될 수 있을 것이다. (도 11에 도시된 구조) 한편, 도시하지는 않았으나, 발광구조물(101)과 기판(102) 사이에는 반사금속층이 더 배치될 수 있다. 상기 반사금속층은 발광구조물(101)에서 방출된 빛을 발광 디바이스(100)의 상부, 즉, 렌즈(107) 방향으로 반사하는 기능을 수행할 수 있으며, 나아가, 제1 도전형 반도체층(203)과 오믹 컨택을 이룰 수 있다. 이러한 기능을 고려하여, 상기 반사금속층은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 발광구조물(101)의 상부에는 투광성 폴리머층(105)이 배치되며, 실리콘 수지나 에폭시 수지 등의 물질로 이루어져 그 위에 배치된 광변환층(106)과의 안정적인 접착 구조를 형성할 수 있으며, 제2 단자부(103b)의 상부를 덮도록 형성되어 광변환층(106)을 형성하기 전에 평평한 상태의 면을 제공할 수 있다. 다만, 본 발명에서 투광성 폴리머층(105)은 반드시 필요한 요소는 아니며, 투광성 폴리머층(105) 없이 바로 광변환층(106)이나 렌즈(107)를 형성할 수도 있을 것이다. 또한, 도시하지는 않았으나, 투광성 폴리머층(105)의 가장 자리를 반사벽 구조를 형성하여 외부로 방출되는 빛의 지향각을 조절할 수도 있을 것이다.
광변환층(106)은 발광구조물(101)로부터 방출된 빛의 파장을 변환하는 기능을 하며, 형광체이나 양자점(Quantum dot)과 같은 파장 변환 물질을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 파장 변환 물질은 그 자체로만 이루어진 플레이트 구조(예컨대, 세라믹 변환체)를 이루거나 실리콘 수지 등에 분산된 필름 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 파장 변환 물질이 형광체이고 발광구조물(101)로부터 청색 빛이 방출되는 경우, 적색 형광체로는 MAlSiNx:Re(1≤x≤5)인 질화물계 형광체 및 MD:Re인 황화물계 형광체 등이 있다. 여기서, M은 Ba, Sr, Ca, Mg 중 선택된 적어도 하나이고, D는 S, Se 및 Te 중 선택된 적어도 하나이며, Re는 Eu, Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br 및 I 중 선택된 적어도 하나이다. 또한, 녹색 형광체는 M2SiO4:Re인 규산염계 형광체, MA2D4:Re인 황화물계 형광체, β-SiAlON:Re인 형광체, MA'2O4:Re'인 산화물계 형광체 등이 있으며, M은 Ba, Sr, Ca, Mg 중 선택된 적어도 하나의 원소이고, A는 Ga, Al 및 In 중 선택된 적어도 하나이고, D는 S, Se 및 Te 중 선택된 적어도 하나이며, A'은 Sc, Y, Gd, La, Lu, Al 및 In 중 선택된 적어도 하나이며, Re는 Eu, Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br 및 I 중 선택된 적어도 하나이고, Re'는 Ce, Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br 및 I 중 선택된 적어도 하나일 수 있다.
또한, 양자점은 코어(core)와 쉘(shell)로 이루어진 나노 크리스탈 입자로, 코어의 사이즈가 약 2 ~ 100nm 범위에 있다. 또한, 양자점은 코어의 사이즈를 조절함으로 청색(B), 황색(Y), 녹색(G), 적색(R)과 같은 다양한 색깔을 발광하는 형광물질로 사용될수 있으며, II-VI족의 화합물반도체(ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, MgTe등), III-V족의 화합물반도체 (GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlAs, AlP, AlSb, AlS등) 또는 Ⅳ족 반도체(Ge, Si, Pb 등) 중 적어도 두 종류의 반도체를 이종 접합하여 양자점을 이루는 코어(core)와 쉘(shell) 구조를 형성할 수 있다. 이 경우, 양자점의 쉘(shell) 외각에 쉘 표면의 분자 결합을 종료시키거나 양자점의 응집을 억제하고 실리콘 수지나 에폭시 수지등 수지내에 분산성을 향상시키거나 또는 형광체 기능을 향상시키기 위해 올레인산(Oleic acid)과 같은 물질을 이용한 유기 리간드(Organic ligand)를 형성할 수도 있다.
한편, 렌즈(107)는 발광구조물(101) 상부에 배치되어 빛의 지향각을 조절하며, 후술할 바와 같이, 개별 칩으로 분리된 상태에서 제조되는 패키지에 배치되는 것이 아니며, 후술할 바와 같이, 웨이퍼 레벨에서 제조되어 발광구조물(101) 및 기판(102)과 함께 다이싱된다. 이 경우, 도 1에 도시된 것과 같이, 렌즈(107)는 발광구조물(101) 상부에 배치되되 발광구조물(101)의 측면은 덮지 않도록 형성되며, 이에 따라, 발광 디바이스(100)의 크기를 줄이면서 동일한 웨이퍼에서 더 많은 칩을 얻을 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 것과 같이, 변형된 예로서, 렌즈(107`)는 표면에 형성된 마이크로 렌즈 어레이(a)를 포함할 수 있다. 렌즈(107`) 표면에 마이크로 렌즈 어레이가 형성됨에 따라 광 추출 효율이 더욱 향상될 수 있다.
이하, 상술한 구조를 갖는 발광 디바이스를 제조하는 공정의 일 예를 설명한다. 도 5 내지 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 디바이스 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정별 단면도이다.
우선, 도 5에 도시된 것과 같이, 성장 기판(109) 상에 발광구조물(101)을 형성한다. 성장 기판(109)은 반도체 단결정을 성장시키기 위한 기저 기판으로 사용되며, 예컨대, 사파이어 기판을 사용할 수 있다. 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a축 방향의 격자상수가 각각 13.001Å 및 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 반도체를 성장하기 위한 기판으로 유용하게 사용된다. 물론, 형태에 따라서는 SiC, GaN, ZnO, MgAl2O4, MgO, LiAlO2 및 LiGaO2 등으로 이루어진 기판도 사용이 가능하다.
발광구조물(101)은 도 2에 도시된 것과 같이 제1 및 제2 도전형 반도체층(203, 201)과 활성층(202)을 포함하며, 앞서 설명한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(203)과 기판(102)이 서로 인접 배치되므로, 성장 기판(109) 상에는 제2 도전형 반도체층(201)을 우선적으로 성장시킨 것과 같다. 이 경우, 제1 및 제2 도전형 반도체층(203, 201)과 활성층(202)은 MOCVD, MBE, HVPE 등의 공정을 이용하여 성장될 수 있다.
다음으로, 도 6에 도시된 것과 같이, 발광구조물(101) 상에 지지체로서 기판(102)을 부착하며, 이후, 발광구조물(101)로부터 성장 기판(109)을 분리한다. 기판(102)은 성장 기판(102)의 제거를 위하여 레이저 리프트 오프 등의 공정을 수행할 시 상기 발광구조물(101)을 지지하는 지지체의 역할을 수행하며, 전기 전도성 물질로 이루어질 경우, 발광구조물(101)에 전기 신호를 전달하는 역할도 수행할 수 있다. 이 경우, 기판(102)은 도금 또는 본딩 접합 등의 방법으로 형성될 수 있을 것이다. 다만, 후술할 바와 같이, 기판(102)은 반드시 전기 전도성 물질로만 형성되는 것은 아니며, 비전도성 물질, 예컨대, 알루미나, AlN, 언도프 실리콘 등의 물질로 이루어질 수도 있다. 한편, 성장 기판(109)의 분리는 성장 기판(109)과 발광구조물(101) 사이 영역에 레이저를 조사하는 레이저 리프트 오프를 이용하여 수행될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 예컨대, 화학적 리프트 오프 등의 방법을 이용할 수도 있을 것이다.
다음으로, 도 7에 도시된 것과 같이, 발광구조물(101)과 기판(102)에 관통구(H)를 형성한다. 도 7에서는 관통구(H)가 하나 형성된 예를 들고 있으나, 제조되는 디바이스의 수에 따라 관통구(H)는 2개 이상 형성될 수도 있을 것이다. 또한, 발광구조물(101)과 기판(102)이 접합된 후 한번에 관통구(H)를 형성하는 것 외에 발광구조물(101) 및 기판(102) 각각에 관통구를 형성한 후 접합하는 방법도 이용될 수 있을 것이다. 이후, 관통구(H)의 내벽에 절연체(104)를 증착 등의 공정으로 형성한다. 앞서 설명한 바와 같이, 절연체(104)는 전기 전도성을 갖는 발광구조물(101)과 기판(102)과 단자부가 직접 접촉하지 않도록 하기 위한 것이다. 이 경우, 절연체(104)는 관통구(H)의 내벽 외에도 제2 단자부(103b)의 형성에 따라 적절히 연장되어 형성될 수 있으며, 예를 들어, 도 7과 같이, 기판(102)의 하면을 따라 형성될 수 있다.
다음으로, 도 8에 도시된 것과 같이, 제1 및 제2 단자부(103a, 103b)를 형성하며, 이 경우에도 당 기술 분야에서 공지된 적절한 증착이나 도금 공정을 이용할 수 있을 것이다. 본 실시 형태의 경우, 제1 단자부(103a)는 기판(102)의 하면에 형성되어 발광구조물(101)과 연결되며, 제2 단자부(103b)는 발광구조물(101)의 상면으로부터 연장되어 관통구(H)를 채우며, 기판(102) 하면 중 일부를 덮도록 형성된다.
다음으로, 도 9에 도시된 것과 같이, 발광구조물(101) 상에 투광성 폴리머층(105)과 광변환층(106)을 형성하며, 이후, 도 10에 도시된 것과 같이, 그 위에 렌즈(107)를 형성한다. 렌즈(107)의 경우, 미리 칩 단위로 분리되지 않고, 복수 개의 렌즈가 일체로 형성된 구조, 즉, 웨이퍼 레벨 렌즈로 형성된다. 이러한 웨이퍼 레벨 렌즈는 별도로 제작되어 발광구조물(101) 상부에 부착될 수도 있으며, 이와 달리, 부착된 후 개별 렌즈 형태로 성형될 수도 있다. 이어서, 개별 발광 디바이스로 분리되도록 렌즈(107)가 부착된 구조물을 화살표 방향으로 절단하며, 이에 의하여, 도 10의 예에서는 3개의 발광 디바이스가 얻어질 수 있다.
도 11은 도 1의 실시 형태에서 변형된 예에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시 형태의 경우, 발광 디바이스(200)는 앞선 실시 형태와 달리, 전기 절연성 기판(102`)을 사용하였으며, 예컨대, 알루미나, AlN, 언도프 실리콘 등의 물질을 예로 들 수 있다. 전기 절연성 기판(102`)을 사용함에 따라, 제1 단자부(103a)는 도전성 비아(V)에 의하여 발광구조물(101)과 접속될 수 있으며, 절연체(104)는 기판(102`)과 제2 단자부(103b) 사이 영역에는 형성되지 않을 수 있다.
한편, 앞선 실시 형태에서는 발광구조물(101)이 상면 및 하면을 통하여 외부의 전기 신호가 인가되는 구조를 설명하였으나, 발광구조물(101)의 한 쌍의 전극은 서로 동일한 방향을 향하도록 배치될 수도 있을 것이다. 구체적으로, 상기 한 쌍의 전극이 렌즈(107)가 배치된 방향을 향하는 경우에는 제1 단자부(103a)는 제2 단자부(103b)와 동일한 형태, 즉, 발광구조물(101)의 상면으로부터 발광구조물(101) 및 기판(102, 102`)의 측면으로 연장된 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 한 쌍의 전극이 기판(102, 102`)이 배치된 방향을 향하는 경우(플립칩 구조)에는 제1 및 제2 단자부(103a, 103b)는 모두 기판(102, 102`)을 관통하는 도전성 비아(V)에 의하여 발광구조물(101)과 전기적으로 연결될 수 있을 것이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 12를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 발광 디바이스(300)는 기판(302)과 그 위에 배치된 발광구조물(301), 제1 및 제2 단자부(303a, 303b), 광변환층(306) 및 렌즈(307)를 포함하는 구조이다. 도시하지는 않았으나, 투광성 폴리머층이 발광구조물(301)과 광변환층(306) 사이에 배치될 수 있을 것이다. 앞선 실시 형태와 다른 구조를 설명하면, 본 실시 형태의 경우, 기판(302)은 전기 절연성 기판으로 채용되며, 제1 단자부(303a)는 기판(302)를 관통하는 도전성 비아를 통하여 발광구조물(301)의 제1 도전형 반도체층(403)과 접속되는 한편, 하면은 외부로 노출될 수 있다. 이 경우, 제1 단자부(303a)에서, 제1 도전형 반도체층(403)과 기판(302) 사이에 해당하는 부분은 제1 도전형 반도체층(403)과 오믹 컨택을 이루면서 광 반사 기능을 이루는 반사금속층으로 제공될 수 있다.
제2 단자부(303b)의 경우, 제1 단자부(303a)와 마찬가지로 기판(302)을 관통하는 도전성 비아를 구비하며, 하면이 외부로 노출된 구조를 갖는다. 또한, 제2 단자부(303b)는 제1 도전형 반도체층(403) 및 활성층(402)을 관통하여 제2 도전형 반도체층(401)과 접속된 도전성 비아를 구비한다. 제2 도전형 반도체층(401)과 접속된 도전성 비아와 활성층(402) 및 제1 도전형 반도체층(403) 사이에는 절연체(304)가 배치되어 단락을 방지할 수 있다. 제2 단자부(303b)가 이러한 구조를 가짐으로써, 발광구조물(301) 상면에 빛의 진행을 방해하는 부분이 없어져 광 추출 효율이 향상될 수 있으며, 컨택 영역이 제2 도전형 반도체층(401) 내부에 있어 전류 분산에도 유리할 수 있다. 이 경우, 전류 분산에 더욱 유리하도록 제2 단자부(303b)는 제2 도전형 반도체층(401)과 접촉하는 도전성 비아를 2개 이상 구비할 수 있다. 한편, 도 12의 예에서는 도전성 비아가 일체로 형성된 구조, 즉, 기판(302)에 형성된 도전성 비아와 발광구조물(301)에 형성된 도전성 비아가 하나의 도전성 비아의 일부를 이루는 것으로 도시하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 서로 전기적으로 연결되어 있다면 상기 2개의 도전성 비아는 공간적으로 분리될 수 있을 것이다.
발광구조물(301)과 기판(302) 사이 또는 본 실시 형태와 같이 제1 단자부(303a)의 반사금속층 부분과 기판(302) 사이에는 본딩층(308)이 배치될 수 있으며, 본딩층(308)은 전기 절연성 물질로 이루어진다. 본딩층(308)으로 사용 가능한 전기 절연성 물질의 경우, 실리콘 수지나 에폭시 수지 등의 물질을 들 수 있으며, AuSn과 같은 도전성 본딩 물질을 사용하는 경우보다 상대적으로 공정 비용을 줄일 수 있다.
도 13 내지 15는 각각 도 12의 실시 형태에서 변형된 예에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 우선, 도 13을 참조하면, 본 실시 형태의 경우, 발광 디바이스(400)는 도 12의 실시 형태와 달리, 전기 전도성 기판(302`), 예를 들어, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs, GaN, SiC 등의 다양한 물질로 이루어지거나 이들 물질이 혼합 물질로 이루어진 기판을 사용하였으며, 이에 따라, 기판(302`)과 제1 및 제2 단자부(303a, 303b) 사이에는 절연체(304)가 추가로 배치된다.
다음으로, 도 14의 실시 형태의 경우, 발광 디바이스(500)는 전기 전도성 기판(302`)을 사용하며, 제1 단자부(303a)는 직접 외부로 노출되지 않는다. 제1 단자부(303a)는 제1 도전형 반도체층(403)과 접속하며, 전기 절연성의 본딩층(308)을 관통하여 기판(302`)과 접속된다. 이 경우, 제1 단자부(303a)가 직접 외부로 노출되지는 않지만 기판(302`)이 단자부 역할을 수행하는 것으로 볼 수 있다.
다음으로, 도 15의 실시 형태의 경우, 발광 디바이스(600)는 앞선 실시 형태에서 전기 절연성 본딩층(308)을 사용한 걸과 달리, 전기 전도성 본딩층(308`)을 사용한 점에서 차이가 있다. 전기 전도성을 갖는 본딩층(308`)의 경우, AuSn 등의 공융 금속층이나 도전성 에폭시 등을 이용할 수 있을 것이다. 본딩층(308`)이 전기 전도성을 가짐에 따라 절연체(304)는 본딩층(308`)과 제1 및 제2 단자부(303a, 303b) 사이 영역까지 확장 배치된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 발광 디바이스의 경우, 기판 및 본딩층은 전기 절연성 물질이나 전기 전도성 물질을 모두 채용할 수 있으며, 이에 따라, 내부의 전기 연결 및 절연 구조가 다양하게 변형될 수 있다.
한편, 도 12 내지 15의 실시 형태에 따른 발광 디바이스의 경우, 도 5 내지 10을 통하여 앞서 설명한 제조 방법을 적절히 변형하여 제조될 수 있을 것이다. 즉, 관통구 대신 발광구조물(301)을 관통하지 않는 범위에서 홈을 형성하여 제2 도전형 반도체층(401)과 연결되는 도전성 비아를 형성하는 점에서 차이가 있다. 다른 차이로서, 도 5 내지 10의 실시 형태에서는 제2 단자부(103b)가 발광구조물(101) 및 기판(102)의 측면을 따라 형성되므로, 다이싱 영역 중 일부는 제2 단자부(103b)가 되나, 도 12 내지 15의 실시 형태의 경우에는 제1 및 제2 단자부(303a, 303b)의 도전성 비아 부분은 다이싱 영역으로 제공되지 않는다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
101: 발광구조물 102: 기판
103a, 103b: 제1 및 제2 단자부 104: 절연체
105: 투광성 폴리머 106: 광변환층
107: 렌즈 108: 본딩층
109: 성장 기판 201: 제1 도전형 반도체층
202: 활성층 202: 제2 도전형 반도체층
H: 관통구 V: 도전성 비아
103a, 103b: 제1 및 제2 단자부 104: 절연체
105: 투광성 폴리머 106: 광변환층
107: 렌즈 108: 본딩층
109: 성장 기판 201: 제1 도전형 반도체층
202: 활성층 202: 제2 도전형 반도체층
H: 관통구 V: 도전성 비아
Claims (19)
- 기판;
상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 적층된 구조를 구비하는 발광구조물;
상기 발광구조물 상에 배치된 렌즈; 및
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층과 각각 전기적으로 연결된 제1 및 제2 단자부;를 포함하며,
상기 제1 및 제2 단자부 중 적어도 하나는 상기 발광구조물의 상면으로부터 상기 발광구조물 및 상기 기판의 측면을 따라 연장된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
- 제1항에 있어서,
상기 기판은 전기 전도성 기판인 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 단자부는 상기 기판의 하면에 배치되며, 상기 제2 단자부는 상기 발광구조물의 상면으로부터 상기 발광구조물 및 상기 기판의 측면을 따라 연장된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
- 제3항에 있어서,
상기 발광구조물 및 상기 기판 각각의 측면과 상기 제2 단자부 사이에 배치된 절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
- 제1항에 있어서,
상기 렌즈는 상기 발광구조물의 측면은 덮지 않도록 형성된 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
- 제1항에 있어서,
상기 렌즈와 상기 발광구조물 사이에 배치된 투광성 폴리머층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
- 제1항에 있어서,
상기 렌즈와 상기 발광구조물 사이에 배치되어 상기 발광구조물에서 방출된 빛의 파장을 변환하는 광변환층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
- 제1항에 있어서,
상기 렌즈는 표면에 형성된 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
- 제1항에 있어서,
상기 기판은 전기 절연성 기판인 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
- 제9항에 있어서,
상기 제1 단자부는 상기 기판의 하면에 배치되어 상기 기판을 관통하는 도전성 비아에 의하여 상기 발광구조물와 전기적으로 연결되며, 상기 제2 단자부는 상기 발광구조물의 상면으로부터 상기 발광구조물 및 상기 기판의 측면을 따라 연장된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
- 제9항에 있어서,
상기 제1 및 제2 단자부는 각각 상기 발광구조물의 상면으로부터 상기 발광구조물 및 상기 기판의 측면을 따라 연장된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
- 성장 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 성장시켜 발광구조물을 형성하는 단계;
상기 발광구조물 상에 지지 기판을 부착한 후 상기 성장 기판을 상기 발광구조물로부터 분리하는 단계;
상기 발광구조물 및 상기 지지 기판에 적어도 하나의 관통구를 형성하는 단계; 및
상기 발광구조물의 상면과 접속되도록 상기 관통구를 적어도 일부 채우는 단자부를 형성하는 단계;
를 포함하는 발광 디바이스 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 발광구조물 상에 렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스 제조방법.
- 제13항에 있어서,
상기 렌즈는 개별 칩 단위로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 발광구조물 및 상기 지지 기판을 개별 칩 단위로 다이싱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스 제조방법.
- 제15항에 있어서,
상기 다이싱하는 단계에서 절단되는 영역 중 적어도 하나는 상기 단자부인 것을 특징으로 하는 발광 디바이스 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 발광구조물 상에 투광성 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 발광구조물 상에 상기 발광구조물에서 방출된 빛의 파장을 변환하는 광변환층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 단자부를 형성하는 단계 전에 상기 관통구의 내벽에 절연체를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스 제조방법.
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