KR20120040741A - 방사선 방출 반도체 소자 - Google Patents

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KR20120040741A
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노르빈 본 마름
랄프 비르트
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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 방사선을 방출하는 반도체 소자와 관련이 있으며, 상기 방사선 방출 반도체 소자는 서로 독립적으로 작동 가능한 2개 이상의 방출 영역(2a, 2b) 및 상이하게 설계된 2개 이상의 변환 소자(31, 32)를 갖는 발광 다이오드 칩(1)과 전기 저항 소자(4)를 포함하며; 이 경우 상기 방출 영역들 각각(2a, 2b)은 상기 발광 다이오드 칩(1)의 작동 중에 전자기 1차 방사선을 발생할 목적으로 제공되었으며, 각각의 방출 영역(2a, 2b)은 방출면(21, 22)을 가지며, 1차 방사선의 적어도 일부분은 상기 방출면에 의해서 상기 발광 다이오드 칩(1)으로부터 감결합되며, 상기 변환 소자들(31, 32)은 상기 1차 방사선의 적어도 일부분을 흡수하고 2차 방사선을 재-방출할 목적으로 제공되었으며, 상기 상이하게 설계된 변환 소자들(31, 32)은 상이한 방출면들 다음에 배치되어 있으며, 상기 전기 저항 소자는 상기 방출 영역들 중 하나 이상의 방출 영역(2a, 2b)에 직렬 또는 병렬로 연결되어 있다.

Description

방사선 방출 반도체 소자{RADIATION-EMITTING SEMICONDUCTOR COMPONENT}
본 발명은 방사선을 방출하는 반도체 소자에 관한 것이다.
간행물 US 2007/0252512 A1호는 방사선을 방출하는 반도체 소자에 대해 기술하고 있다.
발광 다이오드 칩들을 이용해 혼색 광, 특히 백색 광을 발생하기 위하여, 변환 소자들은 발광 다이오드 칩에 의해서 방출된 1차 방사선의 빔 경로에서 파장이 짧은 1차 방사선의 일부분을 상대적으로 파장이 긴 2차 방사선으로 변환하기 위해 사용될 수 있다.
1차 방사선 대 2차 방사선의 세기 비율은 방출되는 광의 방출 색을 결정한다. 실제로 한 편으로는 상이한 발광 다이오드 칩들의 1차 방사선의 파장들 － 상기 발광 다이오드 칩들이 함께 제조되고 예컨대 단일 웨이퍼로부터 생성되는 경우에도 － 및 다른 한 편으로는 변환 소자들의 광학적 두께들이 상이함으로써, 결국 얻어지는 방출 색이 바람직하지 않게 분포된다.
이러한 문제점은, 소정의 정해진 범주 내에서 방출 색들을 이용한 발광 다이오드 칩들의 측정에 의해서 충분히 큰 생산량(production volume)으로부터 발광 다이오드 칩들이 분류됨으로써 해결될 수 있을 것이다(소위 비닝(binning)). 이 경우에 초래되는 저질 상품(사용이 불가능함)은 상기 방법이 단지 제한적으로 경제적인 측면에서만 취해질 수 있도록 한다.
본 발명의 과제는 방출되는 광의 색이 조절될 수 있는 방사선 방출 소자를 제공하는 것이다.
방사선 방출 반도체 소자의 적어도 한 가지 실시예에 따라, 상기 반도체 소자는 발광 다이오드 칩을 포함한다. 상기 발광 다이오드 칩은 서로 독립적으로 작동될 수 있는 적어도 2개의 방출 영역을 포함한다.
다시 말해, 상기 발광 다이오드 칩은 서로 독립적으로 작동될 수 있는 적어도 2개의 방출 영역으로 나누어진다. 상기 방출 영역들에서는 동일한 시간에 또는 상이한 시간에 전자기 방사선이 발생될 수 있다. 또한, 상기 방출 영역들에는 상이한 전류 세기로 전류가 공급될 수 있으며, 그 결과 상기 방출 영역들로부터는 전자기 방사선이 서로 상이한 세기로 발생될 수 있다.
방사선 방출 반도체 소자의 적어도 한 가지 실시예에 따라, 발광 다이오드 칩은 상이하게 설계된 적어도 2개의 변환 소자를 포함한다. 이 경우 "상이하게 설계된"이라는 표현은, 변환 소자들이 전자기 방사선을 동일한 파장 및 동일한 세기로 관통시키는 경우에, 상기 변환 소자들이 서로 상이한 2차 방사선을 방출하는 것을 의미한다. 예를 들어 변환 소자들은 예를 들어 자체 두께 및/또는 자체 조성과 같은 자체 구조적 치수에 있어 서로 구분될 수 있다. 예를 들어 제 1 변환 소자는 제 1 발광 물질을 포함할 수 있는 반면에, 제 2 변환 소자는 제 2 발광 물질을 포함한다. 또한, 상이한 변환 소자들의 발광 물질 농도 역시 구별될 수 있다.
방사선 방출 반도체 소자의 적어도 한 가지 실시예에 따라, 발광 다이오드 칩의 방출 영역들 각각은 작동 중에 전자기 1차 방사선을 발생할 목적으로 제공되었다. 상기 방출 영역들은 예를 들어 각각 활성 구역을 가질 수 있으며, 상기 활성 구역 내에서는 발광 다이오드 칩의 작동 중에 전자기 방사선이 발생될 수 있다. 방출 영역들은 동일한 형태로 형성된 활성 구역들을 가질 수 있으며, 그 결과 상기 방출 영역들 내에서 발생되는 1차 방사선이 각각 동일한 파장을 갖는다.
방출 영역들의 형성은 예를 들어 발광 다이오드 칩의 접촉부를 패터닝함으로써 이루어질 수 있다. 이 경우 바람직하게는 상대적으로 더 나쁜 분로 전도성을 갖는 접촉부가 패터닝된다. 이러한 경우에는 방출 영역들이 전체 방출 영역들을 통하여 연장되는 하나의 공통 활성층을 포함할 수 있으며, 그 결과 상기 방출 영역들의 활성 구역들은 동일한 형태로 형성되었다.
상기 접촉부의 패터닝은 방출 영역들 사이에 있는 지점들에서 접촉부의 완전 부재에 의해 구현될 수 있다. 또한, 상기 방출 영역들 사이에 있는 지점들은 방출 영역들의 전기적 분리를 야기하는 높은 접촉 저항으로 존재할 수도 있다. 더욱이, 발광 다이오드 칩을 다수의 방출 영역으로 분할하기 위해서는 발광 다이오드 칩의 반도체 몸체 자체가 패터닝될 수도 있으며, 그 결과 예를 들어 활성층이 양단되었다.
방사선 방출 반도체 소자의 적어도 한 가지 실시예에 따라, 발광 다이오드 칩의 각각의 방출 영역은 방출면을 가지며, 1차 방사선의 적어도 일부분은 상기 방출면에 의해서 상기 발광 다이오드 칩으로부터 감결합(decoupling)된다. 상기 방출면들은 예를 들어 발광 다이오드 칩의 상부면의 주 표면에 배치되어 있다.
방사선 방출 반도체 소자의 적어도 한 가지 실시예에 따라, 변환 소자들은 1차 방사선의 적어도 일부분을 흡수하고 2차 방사선을 재-방출할 목적으로 제공되었다. 예를 들어 1차 방사선은 청색 광의 파장 범위의 전자기 방사선이다. 이 경우 상기 변환 소자들은 2차 방사선으로서 황색 광을 재-방출할 목적으로 제공될 수 있다. 1차 방사선 및 2차 방사선은 백색 광으로 혼합될 수 있다.
방사선 방출 반도체 소자의 적어도 한 가지 실시예에 따라, 상이하게 설계된 변환 소자들은 발광 다이오드 칩의 상이한 방출면들 다음에 배치되어 있다. 다시 말해, 발광 다이오드 칩의 적어도 2개의 방출 영역은 각각 하나의 방출면을 가지며, 이 경우 각각의 방출면 다음에는 하나의 변환 소자가 배치되며, 상기 변환 소자들의 형상은 서로 구분된다. 이러한 방식에 의해서 상기 2개의 방출면으로부터 방출된 혼합 광 역시 서로 구분된다.
방사선 방출 반도체 소자의 적어도 한 가지 실시예에 따라, 상기 방사선 방출 반도체 소자는 전기 저항 소자를 포함한다. 전기 저항 소자로는 사전 설정된, 바람직하게는 조절 가능한 전기 저항을 갖는 소자가 사용된다. 상기 전기 저항 소자는 방출 영역들 중 적어도 하나의 방출 영역에 직렬 또는 병렬로 연결되어 있다. 이 경우 상기 반도체 소자는 상이한 방출 영역들에 할당될 수 있는 다수의 전기 저항 소자를 포함할 수도 있다.
예를 들어 발광 다이오드 칩의 방출 영역들은 직렬 또는 병렬로 상호 연결(interconnect)될 수 있다. 방출 영역들로부터 방출된 1차 방사선의 세기 비율을 조절할 수 있기 위해서, 직렬로 연결된 경우에는 전기 저항 소자들이 방출 영역들에 병렬로 연결될 수 있고, 병렬로 연결된 경우에는 전기 저항 소자들이 방출 영역들에 직렬로 연결될 수 있다. 이 경우 방출 영역들의 병렬 연결은 공통의 음극 또는 양극이라는 장점을 제공해 주며, 이러한 장점은 반도체 소자의 발광 다이오드 칩 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
예를 들어 방사선 방출 반도체 소자는 작동 중에 백색 광을 방사할 목적으로 제공되었으며, 이 경우 방출 영역들에서 발생된, 예를 들어 청색 광은 백색 광이 얻어지도록 변환 소자들에 의해서 적어도 부분적으로 파장 변환된다. 이러한 경우에는 방출 영역들이 바람직하게 서로 병렬로 연결되며, 저항 소자는 직렬로 연결된다. 동시에, 하나의 방출 영역 앞에 있는 변환 소자가 직렬로 연결되는 경우가 특히 바람직한 것으로 입증되며, 상기 방출 영역의 방출면 다음에는, 방출 영역으로부터 발생된 광 또는 방출 영역으로부터 발생된 전자기 방사선을 반도체 소자 내에 있는 다른 변환 소자들보다 덜 강하게 변환하는 변환 소자가 배치되어 있다. 예를 들어 이 목적을 위해서 상기 변환 소자는 다른 변환 소자들보다 상대적으로 얇게 형성되거나 또는 발광 물질의 농도가 다른 변환 소자들보다 상기 변환 소자 내에서 더 낮다. 다른 말로 표현하자면, 저항 소자는 방출 영역에 직렬로 연결되어 있으며, 상기 방출 영역은 자체 변환 소자와 함께 예컨대 반도체 소자의 다른 방출 영역과 변환 소자의 쌍들보다 또는 반도체 소자의 방출 영역과 변환 소자의 다른 모든 쌍들보다 더 짙은 청색(bluer) 광을 방출한다. 이제, 이러한 조치에 의해 적어도 부분적으로 변환 소자의 효율 변동이 온도 상승에 따라 보상될 수 있다는 사실이 나타난다. 또한, 이러한 조치는 반도체 소자의 디밍시 색 온도를 웜 화이트(warm white) 방향으로 이동시키며, 이러한 색 온도 이동은 반도체 소자를 이용하는 사용자에게 안락함으로 느껴지게 된다.
본 발명에서는 발광 다이오드 칩 및 전기 저항 소자를 포함하는 방사선 방출 반도체 소자가 제공된다. 상기 발광 다이오드 칩은 서로 독립적으로 작동 가능한 적어도 2개의 방출 영역을 포함하고, 상기 전기 저항 소자는 상기 방출 영역들 중 적어도 하나의 방출 영역에 직렬 또는 병렬로 연결되어 있다. 상기 발광 다이오드 칩은 또한 상이하게 설계된 적어도 2개의 변환 소자를 포함한다. 발광 다이오드 칩의 방출 영역들 각각은 작동 중에 전자기 1차 방사선을 발생할 목적으로 제공되었으며, 각각의 방출 영역은 방출면을 가지며, 1차 방사선의 적어도 일부분은 상기 방출면에 의해서 발광 다이오드 칩으로부터 감결합된다. 변환 소자들은 상기 1차 방사선의 적어도 일부분을 흡수하고 2차 방사선을 재-방출할 목적으로 제공되었으며, 이 경우 상기 상이하게 설계된 변환 소자들은 상이한 방출면들 다음에 배치되었다.
다시 말해 본 발명의 적어도 한 가지 실시예에 따르면 적어도 2개의 방출 영역을 갖는 분할된 발광 다이오드 칩을 포함하는 반도체 소자가 제공되며, 상기 발광 다이오드 칩의 방출 영역들은 서로 분리되어 전기적으로 구동 제어될 수 있다. 방출 영역들을 위한 변환 소자들은 상이한 방출 파장 및/또는 상이한 방출 세기를 가질 수 있다. 제 1 측정에 상응하게 방출 영역들 내에서 발생된 1차 방사선의 세기는 전기 저항 소자에 의해서 조절될 수 있다. 전체적으로 이러한 방식으로, 규정된 색의 전체 방출이 조절될 수 있는 반도체 소자가 제공되었다.
이 경우에는 특히 방출 영역의 적어도 하나의 방출면 다음에 변환 소자가 배치되지 않을 수도 있다. 이러한 경우에는 예를 들어 비변환된, 예컨대 청색 광이 작동 중에 할당된 방출면으로부터 방사된다. 나머지 방출면 또는 나머지 방출면들은 변환 소자 또는 변환 소자들을 포함할 수 있으며, 상기 변환 소자들은 약간 초과 변환한다. 다시 말해, 방출면들을 갖는 방출 영역과 변환 소자의 이러한 쌍들로부터 방사된 혼합 광은 변환 소자로부터 방출된 광의 색 방향으로 손쉽게 이동되었다. 이러한 방식으로 한 편으로는 작은 저항 변동에 의해 큰 색 변동이 달성될 수 있고, 다른 한 편으로는 직렬 저항을 위한 높은 저항값으로 큰 색 변동이 처리시킬 수 있으며, 이러한 큰 규모의 색 변동은 반도체 소자의 효율을 개선 시킨다.
본 발명에 따른 방사선 방출 반도체 소자에서 적어도 한 가지 실시예에 따르면, 전기 저항 소자는 발광 다이오드 칩으로부터 공간적으로 분리된 소자이다. 예를 들어 발광 다이오드 칩은 각각의 방출 영역을 위해 적어도 하나의 접촉 지점을 포함할 수 있으며, 상기 접촉 지점에는 외부 전기 저항 소자가 연결될 수 있다. 상기 전기 저항 소자는 이러한 경우 예를 들어 조절 가능한 저항을 가질 수 있으며, 그 결과 상기 방사선 방출 반도체 소자는 색 가변(tunable) 광원을 의미한다.
예를 들어 전기 저항 소자는 상기 실시예에서 발광 다이오드 칩과 전기 저항 소자의 한 공통 캐리어 상에 배치될 수 있다. 이러한 캐리어로는 예를 들어 회로 기판이 사용될 수 있으며, 상기 회로 기판상에는 예컨대 전자 저장 유닛과 같은 추가의 전자 소자들도 배치되어 있다. 상기 저장 유닛에 의해서는 방출 영역들에 의해서 발생된 1차 방사선을 위한 세기 비율 및 상이한 구동 제어 패턴이 저장될 수 있고, 방사선 방출 반도체 소자의 작동을 위해 호출될 수 있다.
방사선 방출 반도체 소자의 적어도 한 가지 실시예에 따라, 저항 소자는 발광 다이오드 칩 내부로 집적되어 있다. 이 목적을 위해 상기 저항 소자는 예를 들어 발광 다이오드 칩의 방출 영역들을 위한 캐리어 내부로 집적될 수 있다. 또한, 상기 저항 소자는 발광 다이오드 칩의 외면상에 배치될 수도 있다. 두 가지 경우는 특히 콤팩트한 방사선 방출 반도체 소자의 설계를 가능하게 한다.
방사선 방출 반도체 소자의 적어도 한 가지 실시예에 따라, 저항 소자는 층으로 형성되어 있으며, 상기 층은 발광 다이오드 칩의 외면상에 제공되었다. 상기 층은 예컨대 금속 층 또는 도핑된 반도체 재료로 된 층으로 형성될 수 있다. 상기 층은 예를 들어 발광 다이오드 칩의 반도체 몸체 바로 위에 제공될 수 있다. 예를 들어 상기 층은 개별 방출 영역들의 방출면도 포함하는 발광 다이오드 칩의 주 표면상에 제공되었다. 다시 말해, 상기 층은 예를 들어 발광 다이오드 칩 상에서 발광 다이오드 칩의 상부면에 배치되었다.
또한, 상기 저항 소자는 방출면들 아래에 배치될 수도 있다. 저항 소자는 예컨대 발광 다이오드 칩과 캐리어 사이에 배치될 수 있다.
방사선 방출 반도체 소자의 적어도 한 가지 실시예에 따라, 저항 소자를 형성하는 층은 다수의 도전 섹션을 갖는다. 상기 도전 섹션들은 예를 들어 스트립형으로 형성되어 있고 적어도 국부적으로 상호 연결되어 있다. 예를 들어 상기 층의 섹션들은 그물 모양의 격자를 형성할 수 있다. 섹션들 중 적어도 하나의 섹션은 저항 소자의 저항을 조절하기 위해 양단될 수 있다. 이러한 섹션을 통해서는 발광 다이오드 칩의 작동 중에 전류가 전혀 흐르지 않을 수 있다. 도전 섹션들 중 적어도 하나의 섹션의 양단에 의해서는 저항 소자의 2개의 접속 지점 사이의 도전 연결부들의 개수가 감소되고, 그 결과 저항 소자의 전기 저항이 상기 양단에 의해 증가될 수 있다.
대안적으로 저항은 또한 사전 설정된 도전성 부분 구조물들이 적어도 부분적으로 상호 연결됨으로써 변동될 수도 있다. 상기 도전성 연결부들은 예컨대 도전성 접착 재료들에 의해 또는 갈바니 전기적으로 제공될 수 있다.
방사선 방출 반도체 소자의 적어도 한 가지 실시예에 따라, 발광 다이오드 칩의 각각의 방출면 다음에는 하나의 변환 소자가 배치되어 있으며, 이 경우 1차 방사선 및 2차 방사선은 각각 백색 혼합 광으로 혼합된다. 다시 말해, 본 실시예에서 발광 다이오드 칩은 각각의 방출면으로부터 백색 혼합 광을 방출한다. 개별 방출면들의 혼합 광은 관찰자를 위해 재차 하나의 전체 광으로 혼합된다. 이 경우 상이한 방출면들의 혼합 광은 자체 색 위치 및/또는 자체 색 온도 및/또는 자체 명도에 있어 구분될 수 있다.
방사선 방출 반도체 소자의 적어도 한 가지 실시예에 따라, 상이하게 설계된 변환 소자들은 자체 두께에 있어 구분된다. 이 경우 상기 변환 소자의 두께는 예를 들어 발광 다이오드 칩의 제 1 주 표면에 수직으로 뻗은 방향으로 측정되며, 상기 제 1 주 표면에는 마찬가지로 발광 다이오드 칩의 방출면들이 위치한다. 상이하게 설계된 변환 소자들을 제조하기 위하여 예를 들면 모든 방출면들 상에 동일한 변환 소자가 제공될 수 있으며, 이 경우 변환 소자의 두께는 예컨대 계단형(stepped) 몰드들로 사출 성형함으로써 또는 방출면 위에서 재료를 제거함으로써 － 예컨대 계단형 공구들을 이용하여 연삭 또는 톱질함으로써 또는 에칭에 의해 위치 선택적으로 제거 또는 융삭(ablating)함으로써 － 조절될 수 있다.
상이한 두께를 갖는 변환 소자들을 사용하는 응용 예에 대안적으로 또는 추가로 상이한 재료 조성의 변환 소자들이 사용될 수도 있다. 또한, 다층 변환 소자들의 사용도 가능한데, 이 경우 예컨대 변환 소자의 상이한 층들은 상이한 발광 물질들을 포함할 수 있다. 이러한 변환 소자들에서도, 얻어지는 혼합 광의 색 위치 조절은 변환 소자의 개별 층들의 두께 조절에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어 이러한 경우 변환 소자로는, 상이한 방출면들에 걸쳐서 변환 소자 층들의 두께가 상이한, 함께 적층된 다층 변환 소자가 사용될 수 있다. 대안적으로는 상이한 방출면들 상에는, 예를 들어 세라믹 발광 물질로 이루어질 수 있는 소형 세라믹 플레이트 형태로 된 서로 상이한 변환 소자들이 배치될 수 있다.
방사선 방출 반도체 소자의 적어도 한 가지 실시예에 따라, 방출면들 중 적어도 하나의 방출면은 적어도 하나의 다른 방출면에 의해 가로 방향으로 둘러싸여 있다. 이 경우 상기 가로 방향은 방출면들 위를 둘러싸는 발광 다이오드 칩의 제 1 주 표면에 대해 평행하게 뻗은 방향이다.
예를 들어 발광 다이오드 칩은 제 1 주 표면상에서 중앙에 배치된 방출면을 포함한다. 추가의 방출면들 또는 하나의 추가 방출면은 상기 제 1 방출면 둘레에 배치되어 있다. 이러한 방출면들의 배치는 발광 다이오드 칩의 전체 광의 혼합 광 혼합이 이미 칩 평면상에서 행해지도록 기여할 수 있으며, 그 결과 원거리 장에서 발광 다이오드 칩은 하나의 통일된 색으로 방출되는 것처럼 보인다. 이 경우에는 예를 들어 확산 방식으로 분산되는 디스크들과 같은 광 혼합을 위한 추가의 광학 소자들이 생략될 수 있다. 적어도 하나의 방출면이 적어도 하나의 다른 방출면에 의해 가로 방향으로 둘러싸여 짐으로써, 전체 광이 예를 들어 방출면들이 직선을 따라서 배치되는 경우보다 더 균일하게 방사되는, 방사선 방출 반도체 소자가 구현되었다.
방출면들이 예컨대 서로 평행하게 배치된 스트립으로 각각 형성된 개별 방출면들의 스트립형 배치 역시 전체 광이 매우 균일하게 방사되는 방사선 방출 반도체 소자를 얻을 수 있도록 한다.
방사선 방출 반도체 소자의 적어도 한 가지 실시예에 따라, 발광 다이오드 칩의 방출 영역들 중 적어도 하나의 방출 영역의 콘택팅을 위한 적어도 하나의 도체 레일은 적어도 하나의 방출면 아래에 배치되었다. 본 실시예는 다른 무엇보다도 발광 다이오드 칩의 제 1 주 표면이 전자기 방사선을 감결합하는데 매우 효율적으로 사용될 수 있다는 장점을 갖는데, 그 이유는 방출면들이 제 1 주 표면상의 도체 레일들에 의해 감소되지 않기 때문이다. 이 경우에는 마찬가지로 발광 다이오드 칩의 콘택팅이 단지 한 측면으로부터, 예를 들어 하부면 또는 상부면으로부터 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 방사선 방출 반도체 소자는 실시예들 및 상기 실시예들에 해당하는 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 3의 개략적인 단면도를 참조해서는 본 발명에 따른 방사선 방출 반도체 소자의 상이한 실시예들이 상세하게 기술된다.
동일한, 동일한 형태의 또는 동일하게 작용을 하는 소자들은 각 도면에서 동일한 도면 부호를 갖는다. 각 도면 그리고 각 도면에 도시된 소자들의 상호 크기 비율은 척도에 맞는 것으로 간주 될 수 없다. 오히려 도시를 명확하게 할 목적으로 그리고/또는 이해를 도울 목적으로 개별 소자들은 과도하게 크게 도시될 수 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 방사선 방출 반도체 소자를 개략적인 평면도로 보여준다.
상기 방사선 방출 반도체 소자는 발광 다이오드 칩(1)을 포함한다. 상기 발광 다이오드 칩(1)은 본 실시예에서 2개의 방출면(21, 22)을 갖는다. 제 1 방출면(21)은 발광 다이오드 칩(1)의 상부면의 제 1 주 표면(1a) 내에서 중앙에 배치되어 있다. 상기 제 1 방출면(21)은 적어도 국부적으로 제 2 방출면(22)에 의해 가로 방향으로 둘러싸이게 된다.
각각의 방출면 다음에는 변환 소자(31, 32)가 배치되어 있으며, 이 경우 상기 2개의 변환 소자는 서로 구분된다. 예를 들어 상기 변환 소자들은 상이한 두께로 형성되어 있다. 발광 다이오드 칩(1)의 작동 중에는 상기 방출면들(21, 22)로부터 동일한 시간에 각각 1차 방사선 및 2차 방사선으로 이루어진 혼합 광이 방출될 수 있다.
또한, 상기 방사선 방출 반도체 소자는 전기 저항 소자(4)도 포함한다. 본 발명에서는 전기 저항 소자(4)가 발광 다이오드 칩의 외면상에, 즉 제 1 주 표면(1a) 상에 배치됨으로써, 상기 전기 저항 소자는 발광 다이오드 칩 내부로 집적되어 있다. 저항 소자(4)는 금속 층으로서 형성되어 있으며, 상기 금속 층은 격자 모양으로 배치된 다수의 도전 섹션(41)을 갖는다. 금속 층은 예컨대 발광 다이오드 칩(1)의 반도체 몸체상에 증착되는 금, 니켈 또는 백금으로 이루어진다. 저항 소자(4)는 또한 양단되는 횡단 절편들(transection)(42)을 가지며, 상기 횡단 절편들은 발광 다이오드 칩의 작동 중에 전류가 도전 섹션들(41)을 통과하여 전류가 흐르지 않도록 상기 많은 도전 섹션들을 양단한다. 상기 섹션들(41)을 양단하는 작업은 예를 들어 섹션(41)을 용융하거나 또는 열적으로 분해함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 용융 또는 열적 분해 과정은 예컨대 고 전류를 인가하거나 또는 레이저 빔을 조사함으로써 가능하다.
또한, 저항 소자의 저항 조절은 다음과 같은 방식으로도 이루어질 수 있다: 제일 먼저, 계속해서 웨이퍼 복합체 내에 있는 발광 다이오드 칩(1)이 반도체 칩의 제 1 측정 후 포토 레지스트(photoresist)에 의해 코팅된다. 이 경우 바람직하게는 웨이퍼 복합체 내에 있는 전체 발광 다이오드 칩(1)이 포토 레지스트에 의해 코팅된다. 그리고 나서 칩 선택적으로, 즉 각각의 발광 다이오드 칩(1)에 대해 개별적으로, 예컨대 도전 섹션들(41)의 분리될 또는 연결될 지점들에 포토 레지스트를 조사하는 작업은 예를 들어 레이저 직접 기록(laser direct writing)에 의해서 이루어진다. 후속해서 상기 방식으로 규정된 저항 소자들의 분리는 에칭에 의해 이루어지고, 또는 연결은 금속을 갈바니 전기적으로 성장시키거나 또는 예를 들어 금속에 의한 기화를 이용하여 평면 코팅함으로써 이루어지고, 이어서 포토 레지스트가 제거된다.
대안적인 한 가지 방법에서는 웨이퍼 위로 금속 코팅을 갖는 박막이 놓여질 수 있으며, 이러한 경우 상기 금속 코팅은 연결될 저항 소자의 지점들에서 레이저 펄스 또는 레이저 펄스들에 의해 상기 웨이퍼에 적용된다. 다시 말해, 연결부들은 레이저-유도 금속 전이에 의해서 제조된다.
저항 소자의 섹션들을 형성하기 위한 금속의 대안으로는 반도체 재료도 사용될 수 있다. 반도체 재료로 형성된 저항 소자의 전기 저항은 이러한 경우 반도체 재료의 상응하는 도펀트에 의해서도 － 예를 들어 이온 충격에 의해 － 이루어질 수 있다. 상기와 같은 저항 소자는 예를 들어 발광 다이오드 칩의 방출 영역들을 위한 캐리어 내부로도 집적될 수 있다.
도 1b 및 도 1c의 개략적인 회로도를 참조해서 발광 다이오드 칩(1)의 방출 영역들(2a, 2b)과 저항 소자(4)를 상호 접속시키기 위한 상이한 가능성들이 도시되어 있다. 두 경우에서는 방출 영역들(2a, 2b)이 콘택 지점들(5a, 5b)을 통해서 콘택팅 된다. 도 1b의 실시예에서 방출 영역들은 병렬로 연결되어 있으며, 저항 소자는 상기 방출 영역들 중 하나의 방출 영역에 직렬로 연결되어 있다. 이 경우 저항 소자(4)는 마찬가지로 다른 방출 영역에 직렬로 연결될 수도 있다.
도 1c의 실시예에서 방출 영역들(2a, 2b)은 직렬로 연결되어 있고, 저항 소자(4)는 상기 방출 영역들 중 하나의 방출 영역(2a)에 병렬로 연결되어 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 방사선 방출 반도체 소자들의 추가의 실시예들을 개략적인 평면도로 보여준다.
도 2a의 실시예에서 할당된 변환 소자(31)를 갖는 중앙에 배치된 방출면(21)은 4개의 추가 방출면(22, 23, 24, 25)에 의해 둘러싸여 있으며, 상기 추가 방출면들 다음에는 상응하는 변환 소자들(32, 33, 34, 35)이 배치되어 있다. 다시 말하자면, 이러한 방사선 방출 반도체 소자는 상이한 변환 소자들을 갖는 5개의 상이한 방출 영역을 포함한다. 방출면들 각각으로부터는 백색 혼합 광이 방사될 수 있으며, 이 경우 상이한 방출면들의 혼합 광은 색 위치, 색 온도 및/또는 명도에 있어 구분될 수 있다.
도 2b의 실시예에서 할당된 변환 소자(31)를 갖는 방출면(21)은 할당된 변환 소자(32)를 갖는 추가의 방출면(22)에 의해 가로 방향으로 둘러싸여 있다.
도 2c의 실시예에서 방사선 방출 반도체 소자의 발광 다이오드 칩(1)은 할당된 변환 소자들을 갖는 3개의 상이한 방출면들을 갖는다.
도 2c의 실시예에서 방사선 방출 반도체 소자의 발광 다이오드 칩(1)은 할당된 변환 소자들(31, 32)을 갖는 2개의 상이한 방출면(21, 22)을 가지며, 상기 변환 소자들은 각각 스트립형으로 형성되었다. 이 경우 개별 스트립들은 서로 평행하게 뻗고 교대로 배치되었다. 방출면들 각각(21, 22)으로부터는 백색 혼합 광이 방사될 수 있으며, 이 경우 상이한 방출면들의 혼합 광은 색 위치, 색 온도 및/또는 명도에 있어 구분될 수 있다. 이 경우 상기 스트립형 배치는 방사된 광의 특히 우수한 혼합을 가능하게 한다.
전체적으로 본 발명에 따른 방사선 방출 반도체 소자의 발광 다이오드 칩들은 자신들의 방출 영역들, 할당된 방출면들 및 할당된 변환 소자들과 관련하여 매우 유연하게 형성될 수 있다. 다수의 상이한 방출면은 상대적으로 작은 공간상에 제공될 수 있음으로써, 결국 추가의 광학 소자 없이도 원거리 장에서는, 개별 방출면들로부터 방출되는 혼합 광들의 오버랩을 표현하는 방사된 전체 광의 하나의 통일된 색 인상이 나타난다.
도 3의 개략적인 단면도와 관련해서는 본 발명에 따른 방사선 방출 반도체 소자의 한 가지 실시예가 상세하게 설명되었으며, 상기 실시예에는 발광 다이오드 칩(1)의 방출 영역들(2a, 2b)의 콘택팅을 위한 도체 레일들(65)이 방출면들(21, 22) 아래에 배치되어 있다.
발광 다이오드 칩(1)은 상기 도 3의 실시예에서 2개의 방출 영역(2a, 2b)을 포함한다. 상기 방출 영역들(2a, 2b)은 전기 절연 분리 층들(61)에 의해 서로 전기적으로 분리된다.
접촉 지점(5a)은 방출 영역(2a)의 방출면(21) 아래에 뻗어 있는 도체 레일(65)에 의해 도전 접속되었다. 접촉 지점(5b)은 방출 영역(2b)의 방출면(22) 아래에 뻗어 있는 도체 레일(65)에 의해 도전 접속되었다.
전기 전류는 예를 들어 전류 확산 층들(62)을 통해서 상기 도체 레일(65)로부터 방출 영역들(2a, 2b)의 활성 구역들(64) 내부로 인가된다.
방출면들(21, 22)은 예를 들어 표면 거칠기들(63)을 포함할 수 있으며, 상기 표면 거칠기들은 전자기 방사선의 배출 확률을 상승시킨다.
또한, 상기 방출 영역들은 각각 미러들(68)을 포함할 수도 있으며, 상기 미러들은 방출면들(21, 22) 쪽으로 전자기 방사선을 반사할 목적으로 제공되었다.
본 발명에서 발광 다이오드 칩(1)은 또한 캐리어(67)도 포함하며, 상기 캐리어는 본딩 재료(66)에 의해 발광 다이오드 칩(1)의 추가의 영역들과 연결되어 있다. 상기 캐리어는 전기 절연성으로 형성될 수 있다.
도체 레일들이 방출면들 아래에 뻗어 있는 유사한 콘택팅 개략도들은 예를 들어 간행물 DE 10 2007 022 947 A1호에 상세하게 설명되어 있으며, 상기 문서의 공개 내용은 본 출원서에 인용의 형태로 수용된다.
저항 소자(4)는 방출면들(21, 22) 아래에 배치되어 있다. 상기 저항 소자(4)는 발광 다이오드 칩(1)과 캐리어(67) 사이에 배치되어 있다. 본 발명의 경우 전기 저항 소자(4)는 발광 다이오드 칩 내부로 집적되어 있으며, 상기 발광 다이오드 칩 내부에서 상기 전기 저항 소자는 발광 다이오드 칩의 외면상에, 즉 상기 발광 다이오드 칩(1)의 하부면의 제 2 주 표면(1b) 상에 배치되어 있다. 저항 소자(4)는 다수의 도전 섹션(41)을 포함하는 금속 층으로 형성되어 있으며, 상기 도전 섹션들은 격자 모양으로 배치되어 있다(이와 관련하여서는 도 1a도 참조됨).
대안적으로 상기 저항 소자(4)는 발광 다이오드 칩(1) 아래에서 캐리어(67) 내부로 집적될 수도 있다. 모든 경우에 저항 소자(4)는 발광 다이오드 칩에 의해 덮여지고 발광 다이오드 칩(1)의 방출면의 감소를 야기하지 않는다. 이러한 경우, 상기 저항 소자(4)는 즉 발광 다이오드 칩(1)의 방출면들(21, 22) 아래에 배치되어 있다.
본 특허 출원서는 독일 특허 출원서 10 2009 037 186.9호를 우선권으로 주장하며, 상기 우선권 서류의 공개 내용은 본 출원서에 인용의 형태로 수용된다.
본 발명은 실시예들을 참조하는 상세한 설명으로 인해 상기 실시예들에만 한정되지 않는다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징 그리고 특징들의 각각의 조합을 포함하며, 상기 특징 또는 특징들의 조합 자체가 특허청구범위 또는 실시예들에 명시적으로 기재되어 있지 않더라도, 특히 특징들의 각각의 조합은 특허청구범위에 포함된 것으로 간주한다.

Claims (15)

  1. 방사선을 방출하는 반도체 소자로서,
    상기 방사선 방출 반도체 소자는 서로 독립적으로 작동 가능한 2개 이상의 방출 영역(2a, 2b) 및 상이하게 설계된 2개 이상의 변환 소자(31, 32)를 갖는 발광 다이오드 칩(1)과 전기 저항 소자(4)를 포함하고,
    상기 방출 영역들 각각(2a, 2b)은 상기 발광 다이오드 칩(1)의 작동 중에 전자기 1차 방사선을 발생할 목적으로 제공되었으며,
    각각의 방출 영역(2a, 2b)은 방출면(21, 22)을 갖고, 1차 방사선의 적어도 일부분은 상기 방출면에 의해서 상기 발광 다이오드 칩(1)으로부터 감결합(decoupling)되며,
    상기 변환 소자들(31, 32)은 상기 1차 방사선의 적어도 일부분을 흡수하고 2차 방사선을 재-방출할 목적으로 제공되었으며,
    상기 상이하게 설계된 변환 소자들(31, 32)은 상이한 방출면들 다음에 배치되었으며,
    상기 전기 저항 소자는 상기 방출 영역들 중 하나 이상의 방출 영역(2a, 2b)에 직렬 또는 병렬로 연결된,
    반도체 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항 소자(4)가 상기 발광 다이오드 칩(1) 내부로 집적된,
    반도체 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 저항 소자(4)가 상기 발광 다이오드 칩(1)의 외면상에 제공된,
    반도체 소자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저항 소자(4)가 상기 발광 다이오드 칩(1)의 방출면들(21, 22) 아래에 배치된,
    반도체 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저항 소자(4)가 상기 발광 다이오드 칩의 외면상에 제공되는 층으로 형성된,
    반도체 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 층이 다수의 도전 섹션(41)을 갖고, 상기 섹션들 중 하나 이상의 섹션은 상기 저항 소자(4)의 저항을 조절하기 위해 양단되어 있으며, 그 결과 상기 발광 다이오드 칩(1)의 작동 중에는 상기 섹션을 통하여 전류가 흐르지 않는,
    반도체 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층이 상기 방출면(21, 22)도 포함하는 발광 다이오드 칩(1)의 주 표면(1a) 상에 배치된,
    반도체 소자.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층이 상기 방출면(21, 22)에 마주 놓인 발광 다이오드 칩(1)의 주 표면(1b) 상에 배치된,
    반도체 소자.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층이 금속으로 이루어진,
    반도체 소자.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층이 도핑된 반도체 재료로 이루어지며, 상기 저항 소자(4)의 저항은 섹션들(41)을 양단하는 횡단 절편들(42)에 추가로 또는 대안적으로 도펀트에 의해서 조절된,
    반도체 소자.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 방출면(21, 22) 다음에 하나의 변환 소자(31, 32)가 배치되어 있으며, 상기 1차 방사선 및 2차 방사선이 각각 백색 혼합 광으로 혼합되는,
    반도체 소자.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상이하게 설계된 변환 소자들(31, 32)이 자체 두께(D)에 있어 구분되는,
    반도체 소자.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩(1)의 작동 중에 각각의 방출면(21, 22)으로부터 백색 혼합 광이 방출되며, 2개 이상의 상이한 방출 영역(2a, 2b)의 혼합 광은 색 위치 및/또는 색 온도 및/또는 명도에 있어 구분되는
    반도체 소자.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 방출면(21)이 하나 이상의 다른 방출면(22, 23, 24, 25)에 의해 가로 방향으로 둘러싸인,
    반도체 소자.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩(1)의 하나 이상의 방출 영역(2a, 2b)의 콘택팅을 위한 하나 이상의 도체 레일(65)이 하나 이상의 방출면(21, 22) 아래에 배치된,
    반도체 소자.
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