KR20130092567A - 방사선 방출 소자 그리고 방사선 방출 소자들을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

방사선 방출 소자 그리고 방사선 방출 소자들을 제조하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사선을 방출하는 소자와 관련이 있으며, 상기 방사선 방출 소자는
- 반도체 칩(2), 기판(5) 그리고 디커플링 층(4)을 포함하며,
- 이 경우 상기 반도체 칩(2)은 제 1 주 표면(25), 상기 제 1 주 표면에 마주 놓인 제 2 주 표면(26) 그리고 방사선을 발생할 목적으로 제공된 활성 구역(23)을 구비하며;
- 이 경우 상기 기판에서는 상기 반도체 칩이 상기 제 2 주 표면(26)의 측에 고정되어 있으며; 그리고
- 이 경우 상기 디커플링 층은 상기 반도체 칩(2)의 제 1 주 표면(25)에 배치되어 있고, 가로 방향으로 상기 반도체 칩(2)으로부터 간격을 두고 떨어져 있는 측방 디커플링 면들(40)을 형성하며, 이때 상기 디커플링 층(4) 내에는 상기 반도체 칩(2) 쪽으로 가면서 점차 좁아지는 리세스(45)가 형성되어 있고, 상기 리세스는 소자의 작동 중에 상기 제 1 주 표면(25)으로부터 배출되는 방사선의 방향을 상기 측방 디커플링 면(40)의 방향으로 바꾸어준다. 본 발명은 또한 방사선을 방출하는 소자를 제조하기 위한 방법과도 관련이 있다.

Description

방사선 방출 소자 그리고 방사선 방출 소자들을 제조하기 위한 방법 {RADIATION-EMITTING COMPONENT AND METHOD FOR PRODUCING RADIATION-EMITTING COMPONENTS}
본 출원은 방사선 방출 소자 그리고 방사선 방출 소자를 제조하기 위한 방법 에 관한 것이다.
본 특허 출원서는 독일 특허 출원 제 10 2010 032 041.2호를 우선권으로 주장하며, 상기 우선권 문서의 공개 내용은 본 출원서에 인용의 형태로 수용된다.
예를 들어 액정-디스플레이(LCD)와 같은 디스플레이 장치의 역광 조명 또는 도파관 내부로의 커플링을 위해서는, 방사선을 방출하는 소자들에 의해서 방출되는 방사선이 측면 방향으로, 더 상세하게 표현하자면 소자들의 조립 평면에 대하여 평행하게 송출되는 경우가 유리하다. 이와 같은 유리한 상황을 위해서는, 방사선을 방출하는 소자들에 의해서 적합하게 방향이 전환되는 비교적 복잡한 외부 광학 수단들이 사용되는 경우가 많다.
본 발명의 과제는, 측면 방향으로 방사선을 방출하고 콤팩트하게 형성된 방사선 방출 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 과제는, 방사선 방출 소자들을 간단하고도 신뢰할만하게 제조할 수 있는 방법을 제시하는 것이다.
상기 과제들은 독립 특허 청구항들의 대상에 의해서 해결된다. 추가의 실시 예들 그리고 합목적성은 종속 특허 청구항들의 대상이다.
한 가지 실시 예에 따르면, 방사선을 방출하는 소자는 반도체 칩을 포함하며, 상기 반도체 칩은 제 1 주(主) 표면, 상기 제 1 주 표면에 마주 놓인 제 2 주 표면 그리고 방사선을 발생할 목적으로 제공된 활성 구역을 구비한다. 상기 소자는 또한 기판을 포함하며, 상기 기판에서는 상기 반도체 칩이 제 2 주 표면의 측에 고정되어 있다. 상기 반도체 칩의 제 1 주 표면상에는 디커플링 층이 배치되어 있다. 상기 디커플링 층은 가로 방향으로 상기 반도체 칩으로부터 간격을 두고 떨어져 있는 그리고 소자로부터 방사선을 디커플링 할 목적으로 제공된 측방 디커플링 면을 형성하며, 이때 상기 디커플링 층 내에는 상기 반도체 칩 쪽으로 가면서 점차 좁아지는 리세스가 형성되어 있고, 상기 리세스는 소자의 작동 중에 상기 제 1 주 표면으로부터 배출되는 방사선의 방향을 상기 측방 디커플링 면의 방향으로 바꾸어준다.
다시 말해 상기 디커플링 층 내에 있는 리세스에 의해서는, 방사선의 방향이 가로 방향으로 변경된다. 본 출원서의 틀 안에서 "가로 방향"이란 반도체 칩의 활성 구역의 주 연장 평면에 대하여 평행하게 뻗는 방향으로 이해된다.
상기 디커플링 층은 바람직하게 상기 측방 디커플링 면에 의해서 가로 방향으로 제한되어 있다.
상기 리세스는 바람직하게 상기 디커플링 면으로부터 간격을 두고 떨어져 있다. 방사선을 방출하는 소자에 대한 평면도 상으로 볼 때에 상기 리세스는 바람직하게 반도체 칩과 중첩된다.
상기 반도체 칩의 제 1 주 표면은 이 반도체 칩을 위해서 바람직하게 하나의 주(主) 방사선 배출 면을 형성한다. 다시 말해, 바람직하게는 반도체 칩 내에서 발생 된 방사선의 적어도 50%가 상기 제 1 주 표면을 통해서 상기 반도체 칩으로부터 배출된다. 상기 제 1 주 표면으로부터 배출되는 방사선의 비율이 높을수록, 리세스에 의해서 의도한 바대로 가로 방향으로 전환될 수 있는 그리고 그 다음에 측방 디커플링 면으로부터 배출될 수 있는 방사선 비율은 그만큼 더 커진다. 주로 수직 방향으로, 더 상세하게 표현하자면 활성 구역의 주 연장 평면에 대하여 수직으로 뻗는 방향으로 방출 작용을 하는 반도체 칩에 의해서는 가로 방향으로의 디커플링 작용이 간단하고도 신뢰할만하게 제어될 수 있다고 밝혀졌다.
한 가지 바람직한 실시 예에서, 반도체 칩은 가로 방향으로 적어도 국부적으로, 바람직하게는 전체 둘레를 따라서 반사기 층에 의해 둘러싸여 있다. 상기 반사기 층에 의해서는 반도체 칩의 제 1 주 표면으로부터 배출되는 방사선의 비율이 더욱 증가 될 수 있다. 또한, 상기 디커플링 층 내에서 진행하는 방사선은 상기 반사기 층에서 반사될 수 있고, 그 다음에 디커플링 면을 통해서 소자로부터 외부로 배출될 수 있다.
또한, 상기 반사기 층은 바람직하게 전기 절연성으로 형성되었다. 그럼으로써 반도체 칩의 전기 단락 위험이 대폭 줄어들었다. 특히 상기 반사기 층은 적어도 국부적으로, 또는 전반적으로 전체 둘레를 따라서 반도체 칩에 직접 인접할 수 있으며, 특히 활성 구역에 직접 인접할 수 있다.
한 가지 추가의 바람직한 실시 예에서, 반사기 층으로부터 떨어져서 마주한 디커플링 층의 측에는 하나의 추가 반사기 층이 배치되어 있다. 다시 말해, 본 경우에 상기 디커플링 층은 두 개의 반사기 층 사이에 배치되어 있다. 상기 반사기 층들에 의해서는, 상기 디커플링 층 내부로 커플링 된 방사선이 수직 방향으로, 더 상세하게 표현하자면 가로 방향에 대하여 수직으로 뻗는 방향으로 소자로부터 외부로 배출되는 상황이 피해질 수 있다.
상기 반사기 층 및/또는 상기 추가의 반사기 층은 예를 들어 반사 작용을 하도록 형성된 플라스틱을 함유할 수 있다. 바람직하게 상기 플라스틱에는 반사율을 높이기 위한 입자가 제공되었다. 예를 들면 이산화티타늄 입자와 같은 입자로 채워진 실리콘이 적합하다.
대안적으로 또는 보완적으로, 상기 반사기 층은 또한 금속성의 특징을 지닌 층을 함유할 수도 있다. 상기 "금속성의 특징"이란 아마도 상기 층이 금속 또는 금속성 합금을 함유하는 것으로 이해될 수 있을 것이며, 그리고 또한 방사선의 입사각과 전반적으로 무관한 높은 반사율을 갖는 것으로 이해될 수 있을 것이다.
더욱 바람직하게 상기 반사기 층 및 상기 추가의 반사기 층은 적어도 국부적으로, 특히 리세스 외부에 있는 한 영역에서 서로 평행하게 뻗는다. 따라서, 방사선을 측방 디커플링 면의 방향으로 가이드 하는 과정이 간단해진다.
한 가지 추가의 바람직한 실시 예에서, 디커플링 층 상에는 제 1 콘택 구조물이 형성되어 있으며, 상기 제 1 콘택 구조물은 상기 디커플링 층 내에 있는 리세스를 관통하여 제 1 주 표면 측에서 반도체 칩에 전기적으로 콘택팅 된다. 상기 제 1 콘택 구조물은 소자의 전기적인 외부 콘택팅을 위해서 이용된다. 상기 제 1 콘택 구조물은 또한 다수 개의 층으로 형성될 수도 있다. 특히 반도체 칩 쪽을 향하고 있는 상기 제 1 콘택 구조물의 하나의 층은 상기 추가의 반사기 층을 형성할 수 있다.
반도체 칩으로부터 떨어져서 마주한 측에서 상기 제 1 콘택 구조물은 바람직하게 납땜 연결부의 단순한 형태로 제조될 수 있는 하나의 층을 구비한다. 이를 위해서는 예를 들어 금, 니켈 혹은 주석과 같은 금속이 적합하거나 또는 전술된 재료들 중에 적어도 한 가지 재료를 포함하는 금속성 합금이 적합하다.
바람직하게 방사선 방출 소자는 또한 반도체 칩을 전기적으로 콘택팅 하기 위한 제 2 콘택 구조물도 구비한다. 상기 제 1 콘택 구조물 및 상기 제 2 콘택 구조물을 통해서는 소자의 작동 중에 전하 캐리어가 상이한 측으로부터 활성 구역 내부로 주입될 수 있고, 그곳에서 방사선이 방출될 때에 재결합될 수 있다.
특히 상기 제 2 콘택 구조물은 제 2 주 표면 측에서 반도체 칩을 전기적으로 콘택팅 할 목적으로 제공될 수 있다. 이 경우에 상기 제 1 콘택 구조물 및 상기 제 2 콘택 구조물은 바람직하게 소자를 수직 방향으로 종료시킨다.
한 가지 바람직한 실시 예에서, 소자에 대한 평면도 상으로 볼 때에 리세스는 깔때기 모양으로 형성되었다. 특히 상기 리세스는 회전 대칭으로 형성될 수 있거나 또는 적어도 전반적으로 회전 대칭으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 리세스는 반도체 칩 중앙에 배치될 수도 있다. 상기 내용과 관련하여 "중앙에"라는 표현은 수직 방향으로 뻗는 상기 리세스의 축이 반도체 칩의 무게 중심을 관통해서 뻗는다는 것을 의미하거나 또는 반도체 칩의 최대 가로 팽창부의 최고 10%의 반경을 갖는 적어도 한 영역 안에서 무게 중심 둘레로 뻗는다는 것을 의미한다. 이와 같은 방식에 의해서 소자는 간단하게 가로 방향으로 균일한 입체적인 송출 특성 곡선을 갖게 된다.
한 가지 바람직한 개선 예에서, 소자에 대한 평면도 상으로 볼 때에 측방 디커플링 면은 적어도 국부적으로 휘어져 있으며, 바람직하게 외부로부터 볼 때에는 볼록하게 휘어져 있다. 특히 상기 디커플링 면은 타원형으로 형성될 수 있거나 또는 원형으로 형성될 수 있다. 원형의 디커플링 면은 특히 소자에 대한 평면도 상으로 볼 때에 깔때기 모양으로 그리고 반도체 칩에 대하여 중앙에 배치된 리세스와 관련하여 상기 소자의 가로 방향으로 균일한 송출을 위해서 적합하다.
상기 소자는 또한 단 하나 보다 많은 반도체 칩을 구비할 수도 있다. 이 경우에는 바람직하게 각각의 반도체 칩에 적어도 하나의 리세스가 할당되어 있으며, 상기 리세스는 상기 개별 반도체 칩의 방향으로 가면서 점차 좁아진다.
또한, 전술된 특징들 중에 적어도 한 가지 특징을 갖는 다수 개의 소자가 하나의 소자 어레이를 형성할 수도 있다.
제 1 변형 실시 예에 따르면, 적어도 하나의 제 1 소자 및 적어도 하나의 제 2 소자는 수직 방향으로 서로 위·아래로 겹쳐서 배치되어 있다.
제 1 개선 예에서, 상기 제 1 및 제 2 소자는 각각 반도체 칩으로부터 떨어져서 마주한 상기 개별 디커플링 층의 측에서는 제 1 콘택 구조물을 구비하고, 상기 제 1 콘택 구조물에 마주 놓인 상기 소자의 측에서는 제 2 콘택 구조물을 구비하며, 이 경우 상기 제 1 소자의 제 1 콘택 구조물은 또한 바람직하게 상기 제 2 소자의 제 2 콘택 구조물과 전기 전도성으로 접속되어 있다. 따라서, 상기 제 1 소자 및 상기 제 2 소자는 상호 전기적으로 직렬 접속될 수 있다.
한 가지 대안적인 개선 예에서, 상기 제 1 소자 및 상기 제 2 소자는 각각 제 1 콘택 구조물 및 제 2 콘택 구조물을 구비하고, 상기 콘택 구조물들은 활성 구역 내부로 전하 캐리어를 주입하기 위하여 반대 방향들로부터 제공되었으며, 이 경우 상기 제 1 콘택 구조물 및 상기 제 2 콘택 구조물은 수직 방향으로 각각 기판을 관통해서 그리고 디커플링 층을 관통해서 연장된다.
특히 상기 제 1 콘택 구조물 및/또는 상기 제 2 콘택 구조물은 각각 수직 방향으로 완전히 개별 소자를 관통해서 연장될 수 있다. 따라서, 상기 콘택 구조물들은 각각 소자의 마주 놓인 측에서 외부 전기 콘택을 제공할 수 있게 된다. 상기와 같이 형성된 콘택 구조물들에 의해서는, 서로 위·아래로 겹쳐서 배치된 소자들이 간단히 전기적으로 상호 병렬 접속될 수 있다.
한 가지 대안적인 변형 실시 예에 따르면, 적어도 하나의 제 1 소자 및 적어도 하나의 제 2 소자는 가로 방향으로 옆으로 나란히 배치되어 있다. 이와 같은 소자 어레이는 바람직하게 소자들의 마주 놓인 측에 배치되어 있는 그리고 상기 소자들을 적어도 부분적으로 전기적으로 상호 병렬 접속시키는 콘택 스트립을 구비한다.
한 가지 바람직한 실시 예에서, 소자들은 두 개의 플레이트 사이에 배치되어 있으며, 이 경우 바람직하게 상기 두 개 플레이트 중에 적어도 하나의 플레이트는 상기 소자 내부에서 발생 된 방사선에 대하여 투명하거나 또는 적어도 반투명하다.
소자들의 개별 디커플링 면을 통해서 배출되는 방사선은 적어도 하나의 플레이트 내부로 커플링 될 수 있고, 그 다음에 상기 플레이트로부터 대규모로 배출될 수 있다. 따라서, 상기 플레이트는 하나의 평탄한 방사체를 형성하게 된다.
한 가지 추가의 바람직한 실시 예에서, 두 개의 플레이트 사이에는 소자들을 적어도 국부적으로 둘러싸는 충전 재료가 배치되어 있다. 상기 충전 재료에 의해서는, 상기 소자에 의해서 방출되어 상기 플레이트들 내부로 커플링 되는 방사선의 비율이 증가 될 수 있다.
한 가지 추가의 바람직한 실시 예에서, 플레이트들의 적어도 하나의 측면에는 미러가 제공되었다. 따라서, 작동 중에 반도체 칩에 의해서 발생 되는 방사선은 상기 플레이트들의 미러가 제공된 측면에서 반사될 수 있고, 다른 측면들 중에 하나의 측면을 통해서 외부로 배출될 수 있다.
다수 개의 방사선 방출 소자를 제조하기 위한 방법의 한 가지 실시 예에 따르면, 다수 개의 반도체 칩이 하나의 기판상에 배치되어 있다. 반사기 층이 상기 반도체 칩들 사이에 있는 중간 공간 내부에 제공된다. 디커플링 층이 형성되며, 이 경우 상기 디커플링 층은 리세스를 구비하고, 상기 리세스 내부에서는 각각 하나의 반도체 칩이 노출되어 있고, 상기 리세스는 반도체 칩 쪽으로 가면서 점차 좁아진다. 다수 개의 소자로 분리하기 위하여, 상기 디커플링 층은 둘로 나누어지고, 각각의 소자는 적어도 하나의 반도체 칩 및 적어도 하나의 리세스를 상기 디커플링 층 내부에 구비한다.
방사선 방출 소자를 제조하기 위한 상기 방법은 바람직하게 위에서 열거한 순서로 실시된다. 그러나 상이한 순서의 제조 단계들이 바람직한 실시 예들도 생각할 수 있다.
상기 반사기 층에 의해서는, 반도체 칩을 구비한 기판이 적어도 부분적으로 평탄하게(levelling) 될 수 있다. 따라서, 상기 디커플링 층은 적어도 전반적으로 하나의 평면에서 진행하게 된다.
한 가지 실시 예에서, 리세스들은 코히어런트 방사선에 의해서 형성된다. 특히 레이저 빔이 적합하다. 대안적으로 또는 보완적으로는, 에칭 방법도 적용될 수 있다.
한 가지 대안적인 실시 예에서, 디커플링 층은 상기 디커플링 층이 리세스들을 구비하도록 사전에 미리 제공된다. 이와 같은 과정은 예를 들어 상기 리세스들에 상응하게 형성된 캐스팅 몰드에 의해서 이루어질 수 있다. 상기 캐스팅 몰드는 예를 들어 캐스팅 방법, 사출 성형 방법 또는 이송 성형 방법에 의해서 채워질 수 있다.
상기 리세스는 바람직하게 하나의 측면을 형성하고, 상기 측면에서는 소자 내부에서 발생 된 방사선이 반사된다.
상기 측면의 경사각은 가로 평면에 대하여 상대적으로 바람직하게는 30°(30° 포함) 내지 60°(60° 포함)에 달한다.
전술된 방법은 더 앞에서 기술된 소자를 제조하기에 특히 적합하다. 따라서, 상기 소자 또는 소자 어레이와 관련해서 기술된 특징들은 소자를 제조하기 위한 방법에도 이용될 수 있고, 그 역도 마찬가지로 가능하다.
추가의 특징들, 실시 예들 그리고 합목적성은 도면들과 연관된 실시 예들에 대한 아래의 설명으로부터 드러난다.
도 1a 및 도 1b는 방사선을 방출하는 소자에 대한 제 1 실시 예의 개략적인 평면도(도 1b) 및 해당 단면도(도 1a)이며;
도 2는 방사선을 방출하는 소자를 위한 반도체 칩에 대한 실시 예이고;
도 3은 방사선을 방출하는 소자에 대한 제 2 실시 예의 개략적인 평면도이며;
도 4는 방사선을 방출하는 소자에 대한 제 3 실시 예의 개략적인 단면도이고;
도 5a 및 도 5b 방사선을 방출하는 소자에 대한 제 4 실시 예의 개략적인 평면도(도 5b) 및 해당 단면도(도 5a)이며;
도 6은 소자 어레이에 대한 제 1 실시 예의 개략적인 단면도이고;
도 7은 소자 어레이에 대한 제 2 실시 예의 개략적인 단면도이며;
도 8은 소자 어레이에 대한 제 3 실시 예의 개략적인 단면도이고;
도 9는 소자 어레이에 대한 제 4 실시 예의 개략적인 단면도이며; 그리고
도 10a 내지 도 10f는 개략적인 사시도로 도시된 중간 단계들을 참조한 방사선 방출 소자를 제조하기 위한 방법에 대한 실시 예이다.
각각의 도면에서 동일한, 동일한 유형의 또는 동일한 작용을 하는 소자들에는 동일한 도면 부호가 제공되었다.
도면들 그리고 각각의 도면에 도시된 소자들의 상호 크기 비율은 척도에 맞는 것으로 간주 될 수 없다. 오히려 개별 소자들 그리고 특히 층의 두께들은 도면에 대한 개관을 명확하게 할 목적으로 그리고/또는 이해를 도울 목적으로 과도하게 크게 도시될 수 있다.
도 1a(선 AA'를 따라 절단한 단면도) 및 도 1b에 도시된 방사선 방출 소자(1)의 제 1 실시 예는 반도체 칩(2)을 구비하고, 상기 반도체 칩은 기판(5) 상에 배치되어 있다.
상기 반도체 칩(2)은 조립 층(52)에 의해서 기판(5)의 조립 면(51) 상에 고정되어 있다. 상기 조립 층을 위해서는 특히 납땜 층 또는 접착 층이 적합하다.
상기 반도체 칩(2)은 제 1 주 표면(25) 그리고 상기 제 1 주 표면(25)에 마주 놓인 제 2 주 표면(26)을 구비한다. 상기 제 1 주 표면(25)과 상기 제 2 주 표면(26) 사이에는 방사선을 발생할 목적으로 제공된 활성 구역(23)이 형성되어 있다.
가로 방향으로, 더 상세하게 표현하자면 상기 활성 구역(23)의 주 연장 평면을 따라서 뻗는 방향으로, 상기 반도체 칩(2)은 완전히 반사기 층(31)에 의해서 둘러싸여 있다. 상기 반사기 층(31)은 반도체 칩(2)에 직접 인접하고, 제조시에는 상기 반도체 칩에 일체로 형성되어 있다.
상기 반사기 층(31)에 의해서는 상기 활성 구역(23) 내에서 작동 중에 발생 되는 방사선, 다시 말해 가로 방향으로 송출되고 상기 반도체 칩(2)으로부터 가로 방향으로 배출되는 방사선이 상기 반도체 칩(2) 내부로 역-반사되며, 그리고 그 다음에 상기 반도체 칩의 제 1 주 표면(25)으로부터 배출될 수 있다. 따라서, 상기 반사기 층(31)에 의해서는 상기 반도체 칩의 제 1 주 표면(25)으로부터 배출되는 총 방사 전력이 증가 될 수 있다.
반사기 층(31)의 두께, 다시 말해 반사기 층의 수직 방향으로의 팽창은 상기 반사기 층(31)이 적어도 활성 구역(23)을 덮도록 형성되었다. 하지만, 상기 반사기 층(31)은 수직 방향으로 반드시 반도체 칩(2)의 제 1 주 표면(25)과 동일한 높이에서 끝날 필요는 없다.
상기 반사기 층(31)은 바람직하게 전기 절연성으로 형성되었다. 특히 상기 반사기 층은 반사율을 높이기 위해 충전 입자가 제공될 수 있는 플라스틱을 함유할 수 있다. 예를 들어 상기 반사기 층(31)은 이산화티타늄 입자로 채워진 실리콘 층일 수 있다. 이와 같은 반사기 층은 가시 스펙트럼 범위 안에서는 85% 또는 그 초과의 반사율, 예를 들어 95%의 반사율을 가질 수 있다.
반도체 칩(2)의 제 1 주 표면(25) 상에는 디커플링 층(4)이 형성되어 있다. 상기 디커플링 층(4)은 가로 방향으로 반도체 칩(2)을 초과하여 반사기 층(31)까지도 덮는다.
상기 디커플링 층은 가로 방향으로 한 측방 디커플링 면(40)에 의해서 제한되어 있으며, 상기 측방 디커플링 면은 활성 구역(23) 내에서 발생 된 방사선을 소자(1)로부터 디커플링 하기 위해서 제공되었다. 또한, 상기 측방 디커플링 면은 소자(1)를 가로 방향으로, 본 실시 예에서는 수직 방향으로 완전히 제한한다. 그러나 상기 측방 디커플링 층은 소자(1)를 가로 방향으로 단지 국부적으로만 제한할 수도 있다. 예를 들어 기판(5)은 가로 방향으로 상기 측방 디커플링 층을 초과할 수 있다.
상기 디커플링 층(4) 내에는 리세스(45)가 형성되어 있고, 상기 리세스는 수직 방향으로 상기 디커플링 층을 관통해서 연장된다. 상기 리세스(45)는 가로 평면에 대하여 상대적으로 기울어진 측면(450)을 갖는다. 상기 측면에서는 활성 구역(23) 내에서 발생 된 그리고 반도체 칩(2)의 제 1 주 표면(25)으로부터 배출되는 방사선의 방향이 상기 측방 디커플링 면(40)의 방향으로 전환될 수 있다. 상기 측면(450)은 반도체 칩에 인접한다. 더 상세하게 표현하자면, 반도체 칩(2)으로부터 배출되는 방사선은 곧바로 상기 디커플링 층(4) 내부로 커플링 되고, 그곳에서 리세스(45)에 입사될 때에 방향 전환된다.
상기 측면(450)은 제 1 주 표면(25)에 대하여 바람직하게는 30°(30° 포함) 내지 60°(60° 포함)의 각을 형성하며, 바람직하게는 35°(35° 포함) 내지 55°(55° 포함)의 각을 형성한다.
반도체 칩(2)으로부터 떨어져서 마주한 상기 디커플링 층(4)의 측에는 하나의 추가 반사기 층(32)이 배치되어 있다. 상기 추가의 반사기 층(32)은 적어도 상기 리세스(45)의 측면(450)을 덮고, 상기 측방 디커플링 면(40)의 방향으로 이루어지는 방사선의 방향 전환을 개선하기 위해서 이용된다. 상기 디커플링 면(40)에 인접하는 한 영역 내에서는 상기 반사기 층(31) 및 상기 추가의 반사기 층(32)이 서로 평행하게 뻗는다.
상기 실시 예에서, 추가의 반사기 층(32)은 리세스(45)의 영역에서 반도체 칩(2)에 인접한다. 반도체 칩(2)으로부터 떨어져서 마주한 상기 추가 반사기 층(32)의 측에는 제 1 콘택 구조물(61)이 배치되어 있고, 상기 제 1 콘택 구조물은 소자(1)를 위한 외부 전기 콘택을 형성한다. 상기 제 1 콘택 구조물에 마주 놓인 측에는 제 2 콘택 구조물(62)이 형성되어 있다. 방사선을 방출하는 소자의 작동 중에는 상기 제 1 콘택 구조물(61) 및 상기 제 2 콘택 구조물(62)을 통해서 전하 캐리어가 다양한 측으로부터 반도체 칩(2)의 활성 구역(23) 내부로 주입될 수 있고, 그곳에서 방사선이 방출될 때에 재결합될 수 있다.
상기 실시 예에서, 추가의 반사기 층(32)은 전기 전도성으로 형성되었다. 바람직하게 상기 추가의 반사기 층은 금속성의 특징을 지니고 있고, 활성 구역 내에서 발생 될 방사선에 대하여 높은 반사율을 갖는 금속을 함유하거나 또는 적어도 하나의 상기 금속을 포함한 금속성 합금을 함유한다. 가시 스펙트럼 범위 안에서는 예를 들어 알루미늄, 은, 로듐, 팔라듐 및 크롬이 높은 반사율을 갖는다. 적외선 스펙트럼 범위 안에서는 예를 들어 금이 적합하다.
상기 제 1 콘택 구조물(61) 및 상기 제 2 콘택 구조물(62)은 적어도 반도체 칩(2)으로부터 떨어져서 마주한 측에서는 각각 소자가 예를 들어 납땜 연결부에 의해 간단히 외부에서 전기적으로 콘택팅 될 수 있도록 형성되었다. 바람직하게 상기 제 1 콘택 구조물 및 상기 제 2 콘택 구조물은 금속, 예를 들어 은, 알루미늄, 팔라듐, 니켈, 백금, 금 또는 티타늄을 함유하거나 또는 전술된 재료들 중에 적어도 한 가지 재료를 포함한 금속성 합금을 함유한다.
상기 실시 예에서 제 2 주 표면(26) 측에서 이루어지는 반도체 칩의 전기적인 콘택팅은 기판(5)을 관통해서 실행된다. 상기 기판(5)은 바람직하게 높은 전기 전도성 그리고 또한 높은 열 전도성을 갖는다. 특히 상기 기판은 금속, 예를 들어 구리를 함유할 수 있거나 또는 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 기판(5)은 예를 들어 금속 시트, 예컨대 구리 시트로부터 제조될 수 있다. 상기 기판은 완전히 비-구조화될 수 있으며, 그에 따라 특히 간단하고도 저렴하게 제조될 수 있다.
도면에 도시된 실시 예와 달리, 기판(5)이 직접적인 외부 콘택팅을 위해 제공될 수 있음으로써, 결과적으로 상기 기판(5) 자체는 제 2 콘택 구조물을 형성할 수 있게 된다. 본 경우에는 상기 제 2 콘택 구조물을 형성하기 위한 추가의 층이 필요치 않다.
소자(1)에 대한 평면도 상으로 볼 때에 리세스(45)는 깔때기 모양으로 형성되었으며, 이 경우 상기 깔때기는 회전 대칭으로 형성되었다. 또한, 상기 리세스(45)는 반도체 칩(2)에 대하여 중앙에 배치되어 있다. 따라서, 방사선이 가로 방향으로 균일하게 배출되는 과정은 측방 디커플링 면(40)에 의해서 이루어질 수 있다. 송출 과정은 가로 평면에서 각각의 방향으로, 더 상세하게 표현하자면 반도체 칩을 중심으로 360° 방향으로 이루어진다. 하지만, 사전에 결정된 소자에 대한 송출 특성 곡선에 따라서는 반도체 칩(2)에 대하여 상대적인 다른 위치 설정 그리고/또는 회전 대칭 형상으로부터 벗어나는 리세스(45)의 형상도 바람직할 수 있다.
전술된 소자(1)는 특히 측면 송출 특성 및 콤팩트한 구조적 형상으로 인해 특별히 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 디스플레이 장치의 직접적인 역광 조명을 위해서 또는 도파관 내부로의 커플링을 위해서 적합하다.
도 2에는 전술된 그리고 이하에서 기술될 소자들을 위해서 특히 적합한 반도체 칩(2)에 대한 실시 예가 개략적인 단면도로 도시되어 있다.
상기 반도체 칩(2)은 반도체 층 시퀀스를 갖는 반도체 몸체(20)를 구비한다. 상기 반도체 몸체(20)를 형성하는 상기 반도체 층 시퀀스는 제 1 반도체 구역(21) 및 제 2 반도체 구역(22)을 포함하고, 상기 반도체 구역들은 바람직하게 서로 상이한 전도 타입을 갖는다. 상기 제 1 반도체 구역과 상기 제 2 반도체 구역 사이에는 방사선을 발생할 목적으로 제공된 활성 구역(23)이 형성되어 있다.
상기 반도체 몸체(20)는 기판(27) 상에 배치되어 있다. 상기 기판은 반도체 몸체(20)의 반도체 층 시퀀스를 위한 성장 기판과 상이하다. 상기 기판(27)은 특히 반도체 몸체(20)의 기계적인 안정화를 목적으로 이용된다. 이와 같은 기계적인 안정화를 위해서는 상기 반도체 층 시퀀스를 위한 성장 기판이 더 이상 필요치 않다. 따라서, 반도체 칩(2)에는 성장 기판이 없다. 상기 기판은 예를 들어 반도체 재료, 말하자면 규소, 게르마늄 또는 갈륨비소화물을 함유할 수 있거나 또는 반도체 재료로 이루어질 수 있다.
성장 기판이 제거된 반도체 칩은 박막-반도체 칩으로서도 언급된다.
본 출원서의 틀 안에서 볼 때에 박막-반도체 칩, 말하자면 박막-발광 다이오드-칩은 또한 다음과 같은 특성들 중에 적어도 한 가지 특성을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다:
- 활성 구역, 특히 에피택셜 층 시퀀스를 갖는 반도체 층 시퀀스를 포함하고, 기판 소자 쪽으로 향하는, 예컨대 기판(27) 쪽으로 향하는 반도체 몸체의 제 1 주 표면에는 미러 층이 제공되어 있거나 또는 상기 미러 층이 반도체 층 시퀀스 내부에 통합된 브래그 미러(bragg mirror)로서 형성되어 있고, 상기 브래그 미러는 반도체 층 시퀀스 내부에서 발생 된 방사선의 적어도 한 부분을 상기 반도체 층 시퀀스 내부로 역-반사하며;
- 상기 반도체 층 시퀀스는 20 ㎛ 또는 그 미만의 범위 안에 있는, 특히 10 ㎛의 범위 안에 있는 두께를 가지며; 그리고/또는
- 상기 반도체 층 시퀀스는 혼합 구조물을 구비하는 적어도 하나의 면을 갖는 적어도 하나의 반도체 층을 포함하고, 상기 혼합 구조물은 이상적인 경우에는 반도체 층 시퀀스 내부에서 광을 거의 에르고드 방식으로(ergodic) 분배하는데, 다시 말해서 상기 혼합 구조물은 가급적 에르고드 방식의 확률론적인 분산 특성을 지닌다.
박막-발광 다이오드 칩의 기본 원리는 예를 들어 I. Schnitzer 등, Appl. Phys. Lett. 63(16), 1993년 10월 18일, 2174 - 2176 페이지에 기술되어 있으며, 상기 간행물의 공개 내용은 인용에 의해서 본 출원서에 수용된다.
상기 기판(27)과 상기 반도체 몸체(20) 사이에는 연결 층(28)이 배치되어 있으며, 상기 연결 층에 의해서 상기 반도체 몸체가 상기 기판(27)에 고정되어 있다. 또한, 상기 반도체 몸체(20)와 상기 기판(27) 사이에는 바람직하게 금속 특성을 지닌 미러 층(29)이 형성되어 있으며, 상기 미러 층은 활성 구역(23) 내에서 발생 된 그리고 상기 기판(27)의 방향으로 송출되는 방사선의 방향을 제 1 주 표면 쪽으로 전환하기 위해서 제공되었다.
박막-반도체 칩은 특히 대부분의 방사선을, 다시 말해 송출된 방사선의 적어도 50%를 제 1 주 표면 측에서 배출하는 것을 특징으로 한다.
그러나 전술된 실시 예와 달리, 예를 들어 반도체 몸체의 반도체 층 시퀀스를 위한 성장 기판이 기판을 형성하는 반도체 칩도 적용될 수 있다. 이 경우에는 기판(27)과 반도체 몸체(20) 사이에 있는 연결 층이 필요치 않다.
전기적인 콘택팅을 위하여 상기 반도체 칩(2)은 반도체 칩의 제 1 주 표면을 형성하는 제 1 연결부(24a)를 구비한다. 상기 제 1 연결부(24a)에 마주 놓인 측에서 반도체 칩의 제 2 주 표면(26) 상에는 제 2 연결부(24b)가 배치되어 있다. 따라서, 반도체 칩은 마주 놓인 측으로부터 외부에서 전기적으로 콘택팅 될 수 있다.
상기 반도체 칩(2), 특히 활성 구역(23)은 바람직하게 Ⅲ-Ⅴ-반도체 물질을 함유한다. Ⅲ-Ⅴ-반도체 물질들은 자외선 스펙트럼 범위(AlxInyGa1 -x- yN)에서 가시 스펙트럼 범위(AlxInyGa1 -x- yN, 특히 청색 내지 녹색 방사선을 위해서, 또는 AlxInyGa1 -x-yP, 특히 황색 내지 적색 방사선을 위해서)를 거쳐서 적외선 스펙트럼 범위(AlxInyGa1 -x- yAs)까지 방사선을 발생하기에 특히 적합하다. 이 경우에는 각각 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 그리고 x + y ≤ 1, 특히 x ≠ 1, y ≠ 1, x ≠ 0 그리고/또는 y ≠ 0이 적용된다. 특히 전술된 물질 계들로부터 선택된 Ⅲ-Ⅴ-반도체 물질들에 의해서는 또한 방사선을 발생할 때에 높은 내부 양자 효율에도 도달할 수 있다.
방사선을 방출하는 소자에 대한 제 2 실시 예는 도 3에 개략적인 평면도를 참조해서 도시되어 있다. 상기 제 2 실시 예는 실제로 도 1a 및 도 1b와 관련하여 기술된 제 1 실시 예에 상응한다. 제 1 실시 예와 달리, 측방 디커플링 면(40)은 평면도 상으로 볼 때에 원형으로 형성되었다. 이와 같은 방식에 의해서는, 리세스(45)에서 방사 방향으로 반사된 방사선이 전체 둘레에 걸쳐서 수직으로 상기 측방 디커플링 면(40)에 입사되고, 그에 따라 소자(1)로부터는 높은 효율로 디커플링 될 수 있다.
측방 디커플링 면(40)이 상기와 같이 원형인 경우에 기판(5)은 바람직하게 상기 측방 디커플링 면으로부터 벗어나는 형태를 가지며, 본 실시 예에서 평면도 상으로 볼 때에는 규칙적인 6각형의 형태를 갖는다. 이와 같은 방식에 의해서는, 측방 디커플링 면(40)이 휘어졌음에도 불구하고 상기 소자(1)는 제조시에 직선의 부분 섹션들을 갖는 가장자리(border)를 구비하게 된다. 상기와 같은 직선의 부분 섹션들에 의해서는 소자들이 제조시에 간단히 분리될 수 있는데, 예를 들면 기계적인 방식으로, 말하자면 소잉(sawing), 스플리팅(splitting) 또는 브레이킹(breaking)에 의해서 분리될 수 있다.
가로 방향으로 송출 특성 곡선의 균질성(homogeneity)을 더욱 높이기 위하여, 추가로 반도체 칩의 제 1 주 표면(25)이 평면도 상으로 볼 때에 회전 대칭으로 형성될 수 있음으로써, 결과적으로 활성 구역 내에서 발생 된 방사선은 회전 대칭의 방사 조도(irradiance)로 또는 적어도 대체로 회전 대칭의 방사 조도로 디커플링 층(4) 내부로 유입된다.
소자에 대한 제 3 실시 예는 도 4에 개략적인 단면도로 도시되어 있다. 본 제 3 실시 예는 실제로 도 1a 및 도 1b와 관련하여 기술된 제 1 실시 예에 상응한다. 제 1 실시 예와 달리 제 1 콘택 구조물(61)은 리세스(45)의 영역에서 반도체 칩(2)에 직접 인접한다. 따라서, 상기 반도체 칩의 전기적인 콘택팅은 추가의 반사기 층(32)을 관통해서는 이루어지지 않는다. 그렇기 때문에 상기 추가의 반사기 층은 전기 절연성으로 형성될 수도 있는데, 특히 상기 추가의 반사기 층(32)은 반사기 층(31)에 대하여 동일한 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 디커플링 층(4)은 양측에서 예를 들어 분배기 또는 캐스팅 방법에 의해 간단히 제조될 수 있는 하나의 반사기 층에 적어도 국부적으로 인접할 수 있게 된다.
도 5a 및 도 5b에 개략적으로 도시된 소자(1)에 대한 제 4 실시 예는 실제로 도 1a 및 도 1b와 관련하여 기술된 제 1 실시 예에 상응한다. 제 1 실시 예와 달리 제 1 콘택 구조물(61)은 반도체 칩(2)으로부터 떨어져서 마주한 기판(5)의 측에서 제 1 콘택 면(610)을 형성한다. 따라서 상기 제 1 콘택 면(610) 그리고 제 2 콘택 구조물(62)의 제 2 콘택 면(620)에 의해서는 방사선을 방출하는 소자가 하부 측에서 두 개의 콘택과 콘택팅 될 수 있다. 상기 제 1 콘택 구조물(61) 및 상기 제 2 콘택 구조물(62)은 각각 기판(5) 내에 있는 리세스(53)를 관통해서 연장되고, 반도체 칩(2)의 제 1 주 표면(25) 측에서 또는 제 2 주 표면(26) 측에서 반도체 칩에 대하여 전기 접속부를 형성한다.
상기 실시 예에서 기판(5)은 또한 전기 절연성으로 형성될 수도 있다. 예를 들어 상기 기판은 세라믹, 말하자면 알루미늄 질화물 또는 붕소 질화물, 또는 플라스틱을 함유할 수 있거나 또는 이와 같은 재료로 이루어질 수 있다. 세라믹에 의해서는 열 전도성이 높은 기판이 제조될 수 있음으로써, 결과적으로 작동 중에 발생되는 폐열은 반도체 칩(2)으로부터 효율적으로 방출될 수 있게 된다.
또한, 상기 소자는 전체 둘레에 걸친 송출을 위해서 제공되지 않았고, 오히려 예로 단 세 개의 측방 디커플링 면(40)을 구비한다. 하나의 추가 측면(41)의 방향으로 송출되는 방사선은 측면 반사기(321)에 의해서 상기 측방 디커플링 면(40)의 방향으로 전환된다.
상기 실시 예에서 측면 반사기(321)는 상기 디커플링 층(4)을 관통하는 추가 반사기 층(32)의 한 영역에 의해서 형성되었다.
상기 측면 반사기(321)의 형태에 의해서는 소자(1)의 송출 특성 곡선이 조절될 수 있다. 예를 들면 상기 측면 반사기(321)가 평면도 상으로 볼 때에 U자 모양으로 구현될 수 있음으로써, 결과적으로 방사선을 방출하는 소자의 송출은 실제로 단지 한 측방 디커플링 면(40)을 통해서만 이루어지게 된다.
또한 제 1 실시 예와 달리, 디커플링 층(4) 내에 있는 리세스(45)는 반도체 칩(2)의 무게 중심으로부터 볼 때에 송출을 목적으로 제공되지 않은 추가 측면(41)의 방향으로 이동되었다. 그럼으로써, 상기 추가 측면으로부터 멀어지는 방향으로 방향 설정된 송출은 더욱 촉진된다.
도 6에는 각각 도 1a 및 도 1b와 관련하여 기술된 바와 같이 구현된 다수 개의 방사선 방출 소자(1)를 구비하는 소자 어레이에 대한 제 1 실시 예가 도시되어 있다. 상기 소자 어레이(10)는 예로 세 개의 방사선 방출 소자(1)를 구비하며, 상기 방사선 방출 소자들은 수직 방향으로 서로 위·아래로 겹쳐서 배치되어 있다. 이 경우 제 1 소자(1a)의 제 1 콘택 구조물(61)은 제 2 소자(1b)의 제 2 콘택 구조물(62)과 전기 전도성으로 접속되어 있는데, 예를 들면 연결 층에 의해서, 말하자면 땜납 또는 전기 전도성 접착제(도면에는 명시적으로 도시되어 있지 않음)에 의해서 전기 전도성으로 접속되어 있다. 상기 서로 위·아래로 겹쳐서 배치된 소자들(1a, 1b)은 와이어 연결부 없이 전기적으로 서로 직렬 접속되어 있다. 화살표 7은 상기 소자 어레이(10)에 의해서 가로 방향(10)으로 송출되는 전체 방사선을 도시하고 있다.
소자 어레이에 대한 제 2 실시 예는 도 7에 개략적인 단면도로 도시되어 있다. 상기 소자 어레이(10)는 제 1 실시 예에서와 마찬가지로 수직 방향으로 서로 위·아래로 겹쳐서 배치된 다수 개의 소자(1)를 구비한다. 상기 소자들(1)은 실제로 도 5a 및 도 5b와 관련하여 기술된 제 4 실시 예에 따른 소자들에 상응한다.
제 4 실시 예와 달리 소자(1)의 제 2 콘택 구조물(62)은 각각 하나의 관통 홀(625)을 구비한다. 상기 관통 홀은 각각 디커플링 층(4)을 관통해서 연장된다. 따라서, 각각의 소자(1)에는 제 1 콘택 구조물(61) 및 제 2 콘택 구조물(62)이 제공되고, 상기 콘택 구조물들은 수직 방향으로 완전히 상기 소자(1)를 관통해서 연장된다. 연속하는 소자들(1)의 제 1 콘택 구조물들(61) 및 제 2 콘택 구조물들(62)이 각각 서로 전기 전도성으로 접속됨으로써, 결과적으로 상기 소자 어레이(10)의 소자들(1)은 전기적으로 서로 병렬 접속된다. 더 상세히 표현하자면 전술된 콘택 구조물들(61, 62)의 형상에 의해서는, 수직 방향으로 서로 위·아래로 겹쳐서 배치된 소자들(1)이 추가의 외부 전기 접속 라인 없이도 서로 전기적으로 병렬 접속될 수 있다.
더 상세하게 표현하자면, 가로 방향(화살표 7)으로 방출되는 총 방사 전력은 특히 동일하게 구현된 또는 적어도 동일한 형태로 구현된 방사선 방출 소자들이 수직 방향으로 스택(stack) 됨으로써 증가 될 수 있다.
도 8에는 소자 어레이(10)에 대한 제 3 실시 예가 도시되어 있으며, 이 경우 소자(1)들은 실제로 도 1a 및 도 1b와 관련하여 기술된 제 1 실시 예에서와 유사하게 구현되었다.
상기 소자 어레이(10)는 가로 방향으로 옆으로 나란히 배치된 다수 개의 소자(1)를 구비한다.
방사선 방출 소자(1)들은 두 개의 플레이트(8) 사이에 배치되어 있다. 상기 소자(1)들은 콘택 스트립들(81)에 의해서 서로 전기적으로 병렬 접속되어 있다. 상기 콘택 스트립(81)들은 예를 들어 각각 전체 표면에 걸쳐서 투명하거나 또는 적어도 반투명한 연속 콘택 층으로서 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 콘택 스트립은 투명한 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO)을 함유할 수 있다. 대안적으로 또는 보완적으로는 상기 플레이트들(8) 상에 금속성의 콘택 스트립들이 제공될 수 있는데, 상기 콘택 스트립들은 육안으로부터 사전에 결정된 간격만큼 떨어진 상태에서는 더 이상 인지할 수 없을 정도로 얇을 수 있다. 예를 들어 상기 콘택 스트립들은 구리를 함유할 수 있거나 또는 구리로 이루어질 수 있다.
소자들(1) 사이에는 충전 재료(82)가 배치되어 있으며, 상기 충전 재료는 상기 소자들(1)로부터 방출되는 방사선을 플레이트들(8) 내부로 커플링 하기 위해서 제공되었다. 바람직하게 상기 충전 재료(82)는 플레이트 굴절률(refractive index)의 범위 안에 놓여 있는 굴절률을 갖는다. 소자 어레이(10)의 작동 중에는 상기 소자들(1)에 의해서 발생 되는 방사선이 상기 플레이트들(8)을 통해서 디커플링 될 수 있음으로써, 결과적으로는 면적이 넓은 송출 면을 갖는 소자 어레이가 간단한 방식으로 구현된다.
도 9에 도시된 소자 어레이에 대한 제 4 실시 예는 실제로 도 8과 관련하여 기술된 제 3 실시 예에 상응한다. 제 3 실시 예와 달리 소자 어레이(10)는 미러(83)를 구비하고, 상기 미러는 상기 소자 어레이의 한 측면을 통해서 이루어지는 송출을 저지한다. 또한, 상기 소자 어레이(10)의 다수 개의 측면도 미러(83)를 구비할 수 있음으로써, 결과적으로 미러가 제공되지 않은 면들을 통해서 상기 소자 어레이(10)로부터 배출되는 총 방사 전력은 증가 될 수 있다. 상기 미러를 위해서는 특히 반사기 층들(31, 32)과 관련해서 기술된 재료들 중에 한 가지 재료가 적합하다.
전술된 실시 예와 달리 상기 플레이트들 중에 적어도 하나의 플레이트도 홈들을 구비할 수 있으며, 상기 홈들 안에는 반도체 칩들이 배치되어 있다. 따라서, 상기 반도체 칩으로부터 측면에서 배출되는 방사선은 상기 홈들의 한 측면을 통해서 플레이트 내부로 커플링 될 수 있다.
방사선 방출 소자를 제조하기 위한 방법에 대한 한 가지 실시 예는 도 10a 내지 도 10f에 사시도로 도시된 중간 단계들을 참조하여 개략적으로 도시되어 있으며, 이 경우에는 도면에 대한 도시를 간략하게 하기 위하여 제조시에 소자를 구성하게 되는 단 하나의 부분만 도시되어 있다. 제조는 네 개의 반도체 칩(2)을 구비한 소자에 대하여 예로 도시되어 있다. 하지만, 소자당 반도체 칩의 개수는 넓은 한계 안에서 자유롭게 선택될 수 있다. 특히 방사선을 방출하는 소자(1)는 또한 단지 정확하게 하나의 반도체 칩(2)을 구비할 수도 있다.
도 10a에 도시되어 있는 바와 같이, 기판(5)은 예를 들어 금속 시트의 형태로, 말하자면 구리 시트의 형태로 제공된다.
상기 기판(5) 상에는 반도체 칩들(2)이 배치된다(도 10b 참조). 상기 기판(5) 쪽을 향하고 있는 측에서 상기 반도체 칩들(2)은 상기 기판(5)과 전기 전도성으로, 예를 들면 납땜 층 또는 접착 층(도면에는 명시적으로 도시되어 있지 않음)에 의해서 전기 전도성으로 접속된다. 상기 반도체 칩들(2) 사이에 있는 중간 공간들(55)은 반사기 층(31)을 형성하는 성형 화합물에 의해서 채워진다(도 10c 참조). 더 상세하게 표현하자면, 상기 성형 화합물에 의해서는 반도체 칩들(2)을 구비한 상기 기판(5)이 평탄하게 된다. 하지만, 상기 반사기 층(31)은 반드시 상기 기판(5)으로부터 떨어져서 마주한 측에 있는 반도체 칩들(2)과 동일한 높이에서 끝날 필요는 없다. 특히 상기 기판(5)으로부터 떨어져서 마주한 상기 반도체 칩들의 제 1 주 표면도 또한 상기 반사기 층에 의해서 적어도 국부적으로 덮일 수 있다.
상기 반사기 층(31)의 증착은 예를 들어 분배기에 의해서 이루어질 수 있다. 대안적으로는, 예를 들어 캐스팅 방법, 사출 성형 방법 또는 이송 성형 방법과 같은 다른 방법도 적용될 수 있다.
제 1 반사기 층(31)을 위한 재료로서는 예를 들어 이산화티타늄-입자로 채워진 실리콘 층이 적합하다. 충전도가 증가할수록 반사기 층의 반사율이 높아질 수 있음으로써, 결과적으로 상기 반사기 층의 반사율은 90% 또는 그보다 더 높으며, 바람직하게는 95% 또는 그보다 더 높다.
그 다음에는 도 10d에 도시된 바와 같이, 디커플링 층(4)이 제공된다. 상기 디커플링 층(4)은 바람직하게 반도체 칩들 내에서 발생 된 방사선에 대하여 투명하거나 또는 적어도 반투명한 재료를 함유한다. 상기 디커플링 층 내부에는 스펙트럼적인 그리고/또는 입체적인 송출 특성 곡선을 제어하기 위하여 발광 변환 재료 또는 확산체 재료도 매립될 수 있다.
발광 변환 재료가 매립된 경우에는 상기 재료 내에서 작동 중에 생성되는 손실 열이 제 1 콘택 구조물(61)을 통해서 그리고 경우에 따라서는 추가의 반사기 층(32)을 통해서 효율적으로 방출될 수 있다.
상기 디커플링 층(4)을 위해서는 특히 폴리머 재료, 예를 들면 실리콘, 에폭시드 또는 실리콘과 에폭시드로 이루어진 혼합물이 적합하다. 상기 디커플링 층(4) 내부에서는 리세스들(45)이 형성되며, 이 경우 상기 리세스들(45)은 각각 상기 디커플링 층(4)을 관통해서 반도체 칩(2)까지 연장된다. 상기 리세스들은 상기 반도체 칩(2) 쪽으로 가면서 점차 좁아지도록 형성된다. 이와 같은 형성은 예를 들어 코히어런트 방사선에 의해서, 말하자면 레이저 빔에 의해서 이루어질 수 있다. 대안적으로는 화학적인 방법, 예컨대 습식 화학적인 에칭 방법도 적용될 수 있다.
상기 내용과 달리, 디커플링 층(4)은 또한 상기 디커플링 층이 사전에 미리 리세스들(45)을 구비한 형태로 제공될 수도 있다. 이와 같은 제공을 위해 리세스들의 형상에 상응하게 형성된 캐스팅 몰드가 사용될 수 있음으로써, 결과적으로 상기 캐스팅 몰드는 리세스들의 영역에서는 반도체 칩(2)에 인접하게 된다.
상기 캐스팅 몰드를 채우는 과정은 예를 들어 주조, 사출 성형 또는 이송 성형에 의해서 이루어질 수 있다.
도 10f에 도시된 바와 같이, 디커플링 층(4) 상에서는 예를 들어 증착 또는 스퍼터링에 의해서 제 1 콘택 구조물(61)이 형성된다.
예를 들어 코히어런트 방사선을 이용해서 상기 제 1 콘택 구조물(61)을 제공하기 전에, 반도체 칩들의 노출된 표면이 세척될 수 있음으로써, 결과적으로 신뢰할만한 콘택팅이 이루어지게 된다.
상기 제 1 콘택 구조물(61)은 기판(5)으로부터 떨어져서 마주한 측에서 반도체 칩들을 전기적으로 콘택팅 할 목적으로 이용된다. 상기 제 1 콘택 구조물(61)은 또한 다수 개의 층으로 형성될 수도 있으며, 이 경우 상기 디커플링 층(4) 쪽을 향하고 있는 제 1 층은 추가의 반사기 층으로서 형성될 수 있다. 예를 들면 티타늄/니켈/팔라듐/금 또는 티타늄/니켈/금과 같은 층 순서들이 적합하다.
필요에 따라서는 반도체 칩(2)에 인접하는 상기 제 1 콘택 구조물(61)의 층이 갈바니 전기적인 증착 방법에 의해서 보강될 수 있다.
제조시에는 방사선을 방출하는 다수 개의 소자(1)가 옆으로 나란히 제조된다. 상기 소자들의 분리 작업은 예를 들어 기계식으로, 말하자면 소잉, 절단 또는 브레이킹에 의해서 이루어질 수 있고/있거나 화학식으로, 말하자면 에칭에 의해서 이루어질 수 있다. 코히어런트 방사선도 분리 작업을 위해서 적용될 수 있다.
상기 분리 작업 중에는 특히 디커플링 층(4)이 둘로 나누어지며, 이 경우 분리 면들은 소자(1)의 측방 디커플링 면들(40)을 형성할 수 있다.
전술된 방법에 의해서는, 작동 중에 방사선을 가로 방향으로 송출하는 방사선 방출 소자들이 특히 간단하고도 신뢰할만한 방식으로 제조될 수 있다. 이 경우 디커플링 면의 수직 팽창은 제조시에 디커플링 층(4)의 층 두께를 적절하게 선택함으로써 조절될 수 있다. 따라서, 방사선을 방출하는 소자들(1)은 간단한 방식으로 예를 들어 사전에 제공된 도파관에 적응된 형태로 형성될 수 있다. 상기 방사선을 방출하는 소자(1)에 의해서 방출되는 방사선의 방향을 전환하기 위한 별도의 광학 장치들은 생략될 수 있다.
본 발명은 실시 예들을 참조하는 상세한 설명에 의해서 한정되지 않는다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징 그리고 상기 특징들의 각각의 조합을 포함하며, 특히 상기 특징 그리고 특징 조합 자체가 특허 청구의 범위 또는 실시 예들에 명시적으로 기재되어 있지 않더라도 각각의 특징 및 특징 조합은 특허 청구의 범위에 포함된 것으로 간주 된다.

Claims (15)

  1. 방사선을 방출하는 소자(1)로서,
    상기 방사선 방출 소자는
    - 반도체 칩(2), 기판(5) 그리고 디커플링 층(4)을 포함하며,
    - 이때 상기 반도체 칩은 제 1 주 표면(25), 상기 제 1 주 표면에 마주 놓인 제 2 주 표면(26) 그리고 방사선을 발생할 목적으로 제공된 활성 구역(23)을 구비하며;
    - 이때 상기 기판에서는 상기 반도체 칩(2)이 상기 제 2 주 표면(26)의 측에 고정되어 있으며; 그리고
    - 이때 상기 디커플링 층은 상기 반도체 칩(2)의 제 1 주 표면(25)에 배치되어 있고, 가로 방향으로 상기 반도체 칩(2)으로부터 간격을 두고 떨어져 있는 측방 디커플링 면들(40)을 형성하며, 상기 디커플링 층(4) 내에는 상기 반도체 칩(2) 쪽으로 가면서 점차 좁아지는 리세스(45)가 형성되어 있고, 상기 리세스는 소자의 작동 중에 상기 제 1 주 표면(25)으로부터 배출되는 방사선의 방향을 상기 측방 디커플링면(40)의 방향으로 바꾸어주는,
    방사선 방출 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 칩이 반사기 층(31)에 의해서 가로 방향으로 적어도 국부적으로 둘러싸여 있는,
    방사선 방출 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사기 층이 전기 절연성이고, 상기 반도체 칩에 적어도 국부적으로 직접 인접하는,
    방사선 방출 소자.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 반사기 층으로부터 떨어져서 마주한 상기 디커플링 층의 측에 추가의 반사기 층(32)이 배치된,
    방사선 방출 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디커플링 층 상에 제 1 콘택 구조물(61)이 형성되어 있고, 상기 제 1 콘택 구조물은 상기 제 1 주 표면의 측에서 상기 디커플링 층 내부에 있는 리세스를 관통하여 반도체 칩에 전기적으로 콘택팅 되는,
    방사선 방출 소자.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    소자에 대한 평면도 상으로 볼 때에 상기 리세스가 깔때기 모양으로 형성되었고, 상기 반도체 칩에 대하여 중앙에 배치된,
    방사선 방출 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    소자에 대한 평면도 상으로 볼 때에 상기 측방 디커플링 면이 적어도 국부적으로 휘어져 있는,
    방사선 방출 소자.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 다수 개의 소자를 구비한 소자 어레이로서,
    적어도 하나의 제 1 소자(1a) 및 적어도 하나의 제 2 소자(1b)가 수직 방향으로 서로 위·아래로 겹쳐서 배치된,
    소자 어레이.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 소자 및 상기 제 2 소자가 각각 상기 반도체 칩(2)으로부터 떨어져서 마주한 개별 디커플링 층(4)의 측에서는 제 1 콘택 구조물(61)을 구비하고, 상기 제 1 콘택 구조물에 마주 놓인 개별 소자의 측에서는 제 2 콘택 구조물(62)을 구비하며, 이때 상기 제 1 소자의 제 1 콘택 구조물은 상기 제 2 소자의 제 2 콘택 구조물과 전기 전도성으로 접속된,
    소자 어레이.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 소자 및 상기 제 2 소자가 각각 제 1 콘택 구조물(61) 및 제 2 콘택 구조물(62)을 구비하고, 상기 콘택 구조물들은 전하 캐리어를 반대 방향으로부터 상기 활성 구역(23) 내부로 주입할 목적으로 제공되었으며, 이때 상기 제 1 콘택 구조물 및 제 2 콘택 구조물은 수직 방향으로 각각 상기 기판(5) 및 상기 디커플링 층(4)을 관통해서 연장되는,
    소자 어레이.
  11. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 다수 개의 소자를 구비한 소자 어레이에 있어서,
    적어도 하나의 제 1 소자(1a) 및 적어도 하나의 제 2 소자(1b)가 가로 방향으로 옆으로 나란히 배치되어 있으며, 이때 상기 소자 어레이는 콘택 스트립들(81)을 구비하며, 상기 콘택 스트립들은 소자들의 마주 놓인 측에 배치되어 있고, 소자들을 전기적으로 서로 병렬 접속시키는,
    소자 어레이.
  12. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 다수 개의 소자를 구비한 소자 어레이에 있어서,
    상기 소자들이 두 개의 플레이트(8) 사이에 배치되어 있으며, 이때 상기 플레이트들 중에 적어도 하나의 플레이트는 상기 소자들 내부에서 발생 되는 방사선에 대하여 투명하거나 또는 적어도 반투명한,
    소자 어레이.
  13. 다수 개의 방사선 방출 소자(1)를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 방법이
    a) 다수 개의 반도체 칩(2)을 하나의 기판(5) 상에 배치하는 단계를 포함하며;
    b) 상기 반도체 칩들 사이에 있는 중간 공간(55)에 하나의 반사기 층(31)을 제공하는 단계를 포함하며;
    c) 리세스들(25)을 구비한 디커플링 층(4)을 형성하는 단계를 포함하며, 이때 상기 리세스들 내부에서는 각각 하나의 반도체 칩이 노출되어 있고, 상기 리세스들은 상기 반도체 칩 쪽으로 가면서 점차 좁아지며; 그리고
    d) 다수 개의 소자를 분리시키는 단계를 포함하며, 이때 상기 디커플링 층은 두 개로 나누어지고, 각각의 소자는 적어도 하나의 반도체 칩 그리고 상기 디커플링 층 내부에 있는 적어도 하나의 리세스를 구비하는,
    방사선 방출 소자를 제조하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    코히어런트 방사선을 이용해서 상기 리세스들을 형성하는,
    방사선 방출 소자를 제조하기 위한 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 소자를 제조하는,
    방사선 방출 소자를 제조하기 위한 방법.
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