KR20140095395A - 반도체 발광소자 및 발광장치 - Google Patents

반도체 발광소자 및 발광장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20140095395A
KR20140095395A KR1020130008316A KR20130008316A KR20140095395A KR 20140095395 A KR20140095395 A KR 20140095395A KR 1020130008316 A KR1020130008316 A KR 1020130008316A KR 20130008316 A KR20130008316 A KR 20130008316A KR 20140095395 A KR20140095395 A KR 20140095395A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
layer
light emitting
window layer
light
Prior art date
Application number
KR1020130008316A
Other languages
English (en)
Inventor
신영철
조명수
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020130008316A priority Critical patent/KR20140095395A/ko
Priority to US14/156,636 priority patent/US20140203317A1/en
Publication of KR20140095395A publication Critical patent/KR20140095395A/ko

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04F—FINISHING WORK ON BUILDINGS, e.g. STAIRS, FLOORS
    • E04F21/00—Implements for finishing work on buildings
    • E04F21/165—Implements for finishing work on buildings for finishing joints, e.g. implements for raking or filling joints, jointers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H01L33/387—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape with a plurality of electrode regions in direct contact with the semiconductor body and being electrically interconnected by another electrode layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/507—Wavelength conversion elements the elements being in intimate contact with parts other than the semiconductor body or integrated with parts other than the semiconductor body

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 일 측면은, 제1 면과 상기 제1 면에 반대되는 제2 면을 갖는 투광성 기판과, 상기 기판의 제1 면 상에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물과, 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층에 각각 접속된 제1 전극 및 제2 전극 및 상기 기판의 제2 면 상에 상기 기판의 물질과 다른 투광성 물질로 형성되며 경사진 측면을 구비하는 윈도우층을 제공한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 광 효율이 향상된 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.

Description

반도체 발광소자 및 발광장치 {SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTIND DEVICE AND LIGHT EMITTING APPARATUS}
본 발명은 반도체 발광소자 및 발광장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 발광소자는 낮은 소비전력, 고휘도 등의 여러 장점 때문에 광원으로서 널리 사용된다. 특히, 최근 반도체 발광소자는 노트북, 모니터, 핸드폰, TV 등 디스플레이에 사용되는 백라이트 유닛이나 조명장치로 채용되고 있다. 한편, 반도체 발광소자는 외부물질과의 굴절률 차이에 의하여 발생된 광의 상당부분이 내부로 전반사 되어 외부로 방출되지 않아 광 추출효율이 낮은 문제가 있다. 또한, 원하는 색특성을 얻기 위해 형광층을 구비함에 있어서, 형광층이 반도체 발광소자의 광 출사면에 균일하게 분포되지 않는 경우 색온도 편차가 발생하는 문제가 있다. 이에 따라, 당 기술분야에서는 반도체 발광소자의 광 추출효율을 향상시키고 색온도 편차를 개선하기 위한 다양한 시도가 진행되고 있다.
본 발명의 목적 중 하나는, 광 효율이 향상된 반도체 발광소자를 제공함에 있다.
본 발명의 목적 중 다른 하나는, 형광층 적용 시 색온도 편차가 개선된 반도체 발광소자를 제공함에 있다.
본 발명의 목적 중 다른 하나는, 상기 반도체 발광소자가 적용된 발광장치를 제공함에 있다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 측면은, 제1 면과 상기 제1 면에 반대되는 제2 면을 갖는 투광성 기판과, 상기 기판의 제1 면 상에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물과, 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층에 각각 접속된 제1 전극 및 제2 전극 및 상기 기판의 제2 면 상에 상기 기판의 물질과 다른 투광성 물질로 형성되며 경사진 측면을 구비하는 윈도우층을 제공한다.
상기 윈도우층의 굴절률은 상기 기판의 굴절률보다 낮을 수 있다.
이 경우, 상기 윈도우층의 굴절률은 상기 기판의 제2 면과 접하는 일 면에서 상부로 갈수록 작아질 수 있다.
상기 윈도우층은 상기 제2 면과 접하는 일 면보다 상기 일 면의 반대에 위치한 타면의 면적이 작을 수 있다.
여기서, 상기 윈도우층의 타면은 평탄한 면을 포함할 수 있다.
상기 윈도우층의 상부에는 적어도 하나의 홈 구조가 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 홈 구조는 V형상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 윈도우층의 측면을 덮도록 형성된 형광층을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 형광층은 상기 윈도우층의 측면에 대응하는 형상을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 형광층은 상기 기판의 측면을 덮을 수 있다.
상기 기판의 두께는 100um 이하일 수 있다.
여기서, 상기 윈도우층의 두께는 상기 기판의 두께보다 크거나 같을 수 있다.
이 경우, 상기 윈도우층의 두께는 10um 내지 1000um일 수 있다.
상기 윈도우층은 실리콘, 변형 실리콘, 에폭시, 우레탄, 옥세탄, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 실장기판 및 상기 실장기판 상에 배치되며, 전원인가시 광을 방출하는 반도체 발광소자를 포함하는 발광장치를 제공한다. 여기서, 상기 반도체 발광소자는, 제1 면과 상기 제1 면에 반대되는 제2 면을 갖는 투광성 기판과, 상기 기판의 제1 면 상에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물과, 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층에 각각 접속된 제1 전극 및 제2 전극 및 상기 기판의 제2 면 상에 상기 기판의 물질과 다른 투광성 물질로 형성되며 경사진 측면을 구비하는 윈도우층을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 제 1면과 상기 제1 면에 반대되는 제2 면을 포함하는 투광성 기판을 마련하는 단계와, 상기 투광성 기판의 제 1면 상에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계와, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층에 각각 접속된 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계 및 상기 투광성 기판의 제2 면 상에 상기 기판의 물질과 다른 투광성 물질을 포함하며 경사진 측면을 구비하는 윈도우층을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 윈도우층을 형성하기 이전에, 상기 투광성 기판의 제2 면을 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 투광성 기판의 제2 면을 연마하는 단계는, 상기 투광성 기판이 100um 이하의 두께를 가지도록 연마하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 윈도우층을 형성하는 단계는, 상기 기판의 제2 면 상에 투명수지층을 형성하는 단계 및 상기 투명수지층에 경사진 측면을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 기판의 제2 면상에 투명수지층을 형성하는 단계는, 상기 기판의 제2 면 상에 투명수지 물질을 도포하는 단계 및 상기 투명수지 물질을 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 투명수지 물질은 실리콘, 변형 실리콘, 에폭시, 우레탄, 옥세탄, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다.
상기 윈도우층의 굴절률은 상기 기판의 굴절률보다 낮을 수 있다.
이 경우, 상기 윈도우층의 굴절률은 상기 기판의 제2 면과 접하는 일 면에서 상부로 갈수록 작아질 수 있다.
상기 윈도우층의 두께는 상기 기판의 두께보다 크거나 같을 수 있다.
이 경우, 상기 윈도우층의 두께는 10um 내지 1000um일 수 있다.
또한, 상기 윈도우층의 측면을 덮는 형광층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 형광층을 형성하는 단계는, 콘포말 코팅(conformal coating)으로 수행되는 것일 수 있다.
덧붙여, 상기한 과제의 해결 수단은 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 광 효율이 향상된 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 형광층이 발광면에 균일하게 분포하여 색온도 편차가 개선된 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상기 반도체 발광소자를 구비하는 발광장치를 얻을 수 있다.
다만, 본 발명의 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 효과는 아래의 기재로부터 당업자에게 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 발광소자의 단면도 및 평면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 반도체 발광소자와, 상기 발광소자가 배치된 발광장치를 나타낸 단면도이다
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 반도체 발광소자의 단면도 및 평면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 윈도우층에 채용될 수 있는 다양한 형상을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 윈도우층에 의해 배광특성이 제어된 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 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 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 발광소자의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 상부에서 바라본 평면도이다.
도 1a와 도 1b를 참조하면, 본 실시형태에 따른 반도체 발광소자는 제1 면(A)과 상기 제1 면(A)에 반대되는 제2 면(B)을 갖는 투광성 기판(10)과, 상기 기판(10)의 제1 면(A) 상에 배치된 발광구조물(20)과, 상기 발광구조물(20)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(21a, 22a)과, 상기 기판(10)의 제2 면(B) 상에 형성된 윈도우층(30)을 포함할 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 기판(10)은 사파이어, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등의 물질로 이루어진 반도체 성장용 기판을 사용할 수 있다. 이 경우, 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a축 방향의 격자상수가 각각 13.00Å과 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 성장용 기판으로 주로 사용된다.
상기 기판(10)은 서로 대향하는 제1 및 제2 면(A, B)을 가질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 면(A, B) 중 적어도 하나에는 요철구조(u)가 형성될 수 있다. 상기 요철구조는 상기 기판(10)의 일부를 식각함으로써 제공될 수 있으며, 이와 달리 상기 기판(10)과 다른 이종 물질을 형성함으로써 제공될 수도 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 발광구조물(20)의 성장면으로 제공되는 상기 제1 면(A)에 요철구조(u)가 형성되는 경우, 상기 기판(10)과 제1 도전형 반도체층(21) 사이 계면에서 결정 상수 차이에 의한 스트레스를 완화시킬 수 있다. 구체적으로, 사파이어 기판 상에 3족 질화물계 반도체층을 성장시키는 경우, 기판과 3족 질화물계 화합물 반도체층과의 격자 상수의 차이로 인해 전위 결함이 발생할 수 있는데, 이러한 위 결함은 상부로 전파되어 반도체층의 결정품질을 저하시킨다.
본 실시형태에서는, 상기 기판(10) 상에 볼록부를 갖는 요철구조(u)를 구비함으로써, 제1 도전형 반도체층(21)이 상기 볼록부의 측면에서 성장하게 되어 전위 결함이 상부로 전파되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 고품질의 질화물 반도체 발광소자를 제공할 수 있으며, 이로 인해 내부 양자효율이 증가되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 요철구조(u)에 기인하여 상기 활성층(23)으로부터 방출된 광의 경로가 다양해 질 수 있으므로, 광이 반도체층 내부에서 흡수되는 비율이 감소하고 광 산란 비율이 증가하여 광 추출 효율이 증대될 수 있다.
여기서, 상기 기판(10)은 100um 이하의 두께(tS)를 가질 수 있다. 이에 한정하는 것은 아니지만, 바람직하게는 1~20um의 두께를 가질 수 있다. 이와 같은 두께범위는 반도체의 성장용으로 제공된 성장기판을 연마함으로써 얻어질 수 있다. 구체적으로, 상기 발광구조물(20)이 형성된 제1 면(A)의 반대면에 위치한 제2 면(B)을 그라인딩(grinding)하거나, 랩과 랩제를 사용하여 마모와 연삭작용에 의해 제2 면(B)이 연마되도록 래핑(lapping) 하는 방식 등을 적용할 수 있다.
상기 발광구조물(20)은 상기 기판(10)의 제1 면(A) 상에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층(21), 활성층(23) 및 제2 도전형 반도체층(22)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 22)은 각각 n형 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 질화물 반도체로 이루어질 수 있다. 따라서, 이에 제한되는 것은 아니지만, 본 실시형태의 경우, 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 22)은 각각 n형 및 p형 반도체층을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 22)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1임)을 가지며, 예컨대 GaN, AlGaN, InGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 22) 사이에 형성되는 활성층(23)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. 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 22)과 활성층(23)은 당 기술 분야에서 공지된 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 결정 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있을 것이다.
한편, 상기 발광구조물(20)은 필요에 따라 다양한 크기로 형성될 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니나, 예를 들면 200um 내지 1.5mm 의 수평길이(a)를 가질 수 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(21)과 활성층(23) 및 제2 도전형 반도체층(22)이 적층된 발광구조물(20)의 두께(tL)는 예를 들면 10um이하의 박막일 수 있다.
본 실시형태에서, 특별히 도시하지는 않았으나 상기 기판(10)과 발광구조물(20) 사이에는 버퍼층이 배치될 수 있다. 상기 기판(10) 상에 발광구조물(20)이 성장하는 경우, 예를 들면 이종 기판 상에 발광구조물로서 GaN 박막을 성장시키는 경우 기판과 GaN 박막 간의 격자상수 불일치로 인해 전위(dislocation)와 같은 격자결함이 발생할 수 있으며, 열팽창 계수 차이로 인해 기판이 휨으로써 발광구조물에 균열(crack)이 발생할 수 있다. 이러한 결함제어와 휨 제어를 위해, 상기 기판 상에 버퍼층을 형성한 후 그 위에 원하는 구조의 발광구조물, 예컨대 질화물 반도체를 성장할 수 있다. 이와 같은 버퍼층은 발광구조물(20)을 이루는 단결정 성장온도보다 저온에서 형성된 저온 버퍼층일수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 버퍼층을 이루는 물질로는 AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1), 특히 GaN, AlN, AlGaN이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 상기 버퍼층은 불순물이 도핑되지 않은 언도프 GaN층이 일정 두께로 형성된 것일 수 있다.
물론, 이에 제한되는 것은 아니므로, 발광구조물(20)의 결정성을 좋게 하기 위한 구조라면 어느 것이든 채용될 수 있으며, ZrB2, HfB2, ZrN, HfN, TiN, ZnO 등의 물질도 사용될 수 있다. 또한, 복수의 층을 조합하거나 조성을 점진적으로 변화시킨 층으로도 사용될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(21a, 22a)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 22)의 외부와의 전기 접속을 위한 것으로, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 22)과 각각 접하도록 구비될 수 있다.
제1 및 제2 전극(21a, 22a)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 22)과 오믹 특성을 갖는 도전성 물질이 1층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있으며, 예컨대, Au, Ag, Cu, Zn, Al, In, Ti, Si, Ge, Sn, Mg, Ta, Cr, W, Ru, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, 투명 도전성 산화물(TCO) 등의 물질 중 하나 이상을 증착시키거나 스퍼터링하는 공정으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극(21a, 22a)은 상기 발광구조물(20)을 기준으로 상기 기판(10)의 반대측에 서로 동일한 방향으로 배치될 수 있으며, 리드 프레임 등에 소위, 플립칩(flip-chip) 형태로 실장될 수 있다. 이 경우, 활성층(23)에서 방출된 광은 상기 기판(10)을 경유하여 외부로 방출될 수 있다.
상기 윈도우층(30)은 상기 기판(10)의 제2 면(B) 상에 상기 기판(10)의 물질과 다른 물질로 형성되며, 상기 기판(10)의 제2 면(B)과 접하는 일 면(31)과, 상기 일 면(31)의 모서리와 접하여 연장되는 측면(32)을 포함할 수 있다.
상기 윈도우층(30)은 발광소자의 발광창으로 제공된다. 구체적으로, 활성층(23)에서 생성된 광이 기판(10)을 경유하여 상기 윈도우층(30)의 상기 일 면(31)에 입사되고, 상기 윈도우층(30)의 측면(32)으로부터 외부로 출사될 수 있도록, 투명한 재질로 형성될 수 있다.
본 실시형태에 따른 상기 윈도우층(30)에 채용될 수 있는 형상에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 상기 윈도우층(30)은 경사진 측면(32)을 적어도 하나 구비하며, 이에 한정하는 것은 아니나, 경사각(θ)은 상기 기판(10)의 제2 면(B)과 접하는 일 면(31)을 기준으로 10° 내지 80°, 보다 구체적으로, 상기 경사각은 45°내외 일 수 있다. 또한, 상기 윈도우층(30)의 모든 측면(32)은 경사진 측면(32)으로 구비될 수 있으며, 도시된 바와 같이, 상기 윈도우층(30)은 상기 기판(10)의 단면을 중심으로 가로지르는 수직라인(점선)을 기준으로 대칭구조를 갖도록 형성될 수 있다.
이와 같은 윈도우층(30)의 형상을 마련하는 것에 편의성이 제공될 수 있도록, 상기 윈도우층(30)은 상기 기판(10)보다 낮은 경도를 갖는 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 기판으로서 사파이어를 사용하는 경우, 상기 기판(10)의 비커스(Vickers) 경도값은 2300이며, 기판으로서 SiC을 사용하는 경우 비커스 경도값은 2500에 해당한다. 여기서, 윈도우층(30)으로는 이보다 경도값이 낮은 물질, 예를 들어 비커스 경도값 20을 갖는 실리콘 수지가 사용될 수 있다.
즉, 본 실시형태에 따르면, 윈도우층(30)은 상기 기판(10)을 직접 가공하여 윈도우층(30)과 같은 형상을 마련하는 경우에 비하여 공정상 유리하며, 보다 다양하고 정밀한 형상의 구현이 가능하다.
상기 윈도우층(30)은 상기 기판(10)의 제2 면(B)과 접하는 일 면(31)의 반대에 위치한 타면(33)을 더 포함할 수 있다. 상기 타면(33)은 상기 일 면(31)보다 작은 면적으로 구비될 수 있으며, 도시된 바와 같이 평탄한 면을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니므로, 상기 타면(33)에는 적어도 하나의 홈 구조가 형성될 수 있다. 본 실시형태와 같이 상기 윈도우층(30)이 타면(33)을 구비하는 경우, 활성층(23)으로부터 생성된 광은 기판(10)을 경유하여 상기 윈도우층(30)의 상기 일 면(31)에 입사된 후 상기 측면(32)과 타면(33)으로부터 외부로 출사될 수 있다.
상기 윈도우층(30)의 두께(tW)는 상기 기판(10)의 두께(tS)보다 크거나 같을 수 있으며, 발광구조물(20) 수평길이(a)의 1/2 보다는 작거나 같을 수 있다. 예를 들면, 발광구조물(20)의 수평길이(a)가 200um 내지 1.5mm일 때, 상기 윈도우층(30)의 두께(tW)는 7500um 이하일 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니지만, 바람직하게는 10um 내지 1000um의 두께 범위에서 상기 기판(10)의 두께(tS)보다 크거나 같게 형성될 수 있다.
한편, 상기 윈도우층(30)의 굴절률은 상기 기판(10)의 굴절률보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 발광구조물(20)을 이루는 물질의 굴절률은 약 1.9 내지 2.0이고, 기판(10)이 이루는 물질의 굴절률은 사파이어 기판(10)의 경우 약 1.6 내지 1.8인 반면에, 광이 출사되는 외부물질(예컨대, 공기)의 굴절률은 약 1.0일 수 있다. 따라서, 활성층(23)에서 발생하여 상기 기판(10)으로 입사된 상당량의 광은 상기 기판(10)과 외부물질간의 차이에 의해 외부로 추출되지 못하고 내부로 전반사될 수 있다. 따라서, 상기 윈도우층(30)의 굴절률을 상기 기판(10)의 굴절률보다 낮게 형성하는 경우, 예를 들어, 1.4 내지 1.6의 굴절률을 갖는 물질로 형성하는 경우, 외부물질과 윈도우층(30) 간의 굴절률 차이가 감소됨으로써 소자 내부로 전반사되는 광을 효과적으로 줄일 수 있다. 이 경우, 상기 윈도우층(30)을 이루는 물질은 투광성 수지일 수 있으며, 예를 들어, 실리콘, 변형 실리콘, 에폭시, 우레탄, 옥세탄, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다.
본 실시형태에 따르면, 발광구조물(20)에서 생성된 광이 상기 기판(10)의 전면으로부터 외부로 출사되는 실시형태와 달리, 상기 기판(10)을 경유하여 상기 윈도우층(30)으로부터 외부로 출사되며, 이로 인해 윈도우층(30)의 형상에 따라 광이 넓게 분산될 수 있다. 또한, 외부물질과의 굴절률 차이에 의한 전반사가 감소되어 광 추출효율이 효과적으로 개선될 수 있으며, 형광층 도포시 상기 형광층이 발광면에 고르게 도포될 수 있다. 이에 대해서는 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 반도체 발광소자와, 상기 발광소자가 배치된 발광장치를 나타낸 단면도이다.
본 실시형태에 따른 발광장치는 반도체 발광소자가 실장기판(110)에 실장된 구조로서, 실장기판(110)과, 상기 실장기판(110) 상에 배치되는 발광소자를 포함한다. 이 경우, 상기 반도체 발광소자는 도 1에서 설명한 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 반도체 발광소자는 전원인가시 광을 방출하며, 제1 면(A)과 상기 제1 면(A)에 반대되는 제2 면(B)을 갖는 투광성 기판(10)과, 상기 기판(10)의 제1 면(A) 상에 배치된 발광구조물(20)과, 상기 발광구조물(20)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(21a, 22a)과, 상기 기판(10)의 제2 면(B) 상에 형성된 윈도우층(30)을 포함한다.
본 실시형태에서, 상기 발광소자는 형광층(40)을 더 포함한다. 상기 형광층(40)은 상기 발광구조물(20)로부터 생성된 광에 의해 여기되어 변환된 파장의 광을 방출하는 파장변환물질을 포함하며, 상기 파장변환물질은 형광체 또는 양자점일 수 있다.
상기 형광층(40)은 윈도우층(30)의 측면(32)을 덮도록 형성되며, 보다 구체적으로, 상기 기판(10)의 제2 면(B)과 접하는 윈도우층(30)의 일 면(31)을 제외한 모든 면, 예를 들어 상기 윈도우층(30)이 측면(32)과 타면(33)을 구비하는 경우 상기 형광층(40)은 윈도우층(30)의 측면(32)과 타면(33)을 덮도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 형광층(40)은 상기 윈도우층(30)의 형상과 대응하는 형상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 형광층(40)은 상기 윈도우층(30)의 측면(32) 및 타면(33)과 대응하는 형상으로 형성되며, 각 측면(32)과 타면(33)에서 실질적으로 균일한 두께를 가질 수 있다. 이에 한정하는 것은 아니나, 본 실시형태에 따른 형광층(40)은 형광층(40)의 콘포멀 코팅(conformal coating) 방식으로 구현될 수 있다.
한편, 본 실시형태의 경우, 상기 발광구조물(20)의 측면과 상면을 둘러싸되 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 22)이 일부 노출되도록 오픈영역을 갖는 패시베이션층(P)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 전극(21a, 22a)은 상기 오픈영역에서 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 22)과 각각 접속되며, 상기 패시베이션층(P)을 둘러싸는 제1 및 제2 연장전극(21b, 22b)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극(21a, 22a)과 제1 및 제2 연장전극(21b, 22b)은 반사물질을 포함할 수 있으며, 이에 따라 상기 발광구조물(20)에서 생성된 광은 상기 발광구조물(20)의 측면에서 누설되지 않고 상기 기판(10)으로 입사될 수 있다.
이에 따르면, 상기 반도체 발광소자는 기판(10)의 측면(32)과 상기 윈도우층(30)의 측면(32) 및 타면(33)에서 광이 방출되며, 보다 우수한 색특성을 위해서 상기 형광층(40)은 상기 윈도우층(30)의 측면(32)과 타면(33)뿐만 아니라 상기 기판(10)의 측면까지 덮을 수 있도록 형성될 수 있다.
특히, 형광층(40) 형성시 콘포멀 코팅을 적용하는 경우, 형광층(40)은 소정의 두께(tP), 설정에 따라 다를 수 있으나, 예를 들면 약 50um의 두께로 도포될 수 있는데, 기판(10)이 두껍게 형성되는 경우 기판(10)의 측면(32)을 형광층(40)이 충분히 덮지 못하여 색온도 편차가 발생할 수 있다. 그러나, 본 실시형태에 따르면, 콘포멀 코팅 시 형광층(40)이 형성되는 두께(tP) 범위를 고려하여 기판(10)을 얇게 형성함으로써 형광층(40)이 기판(10)의 측면을 모두 실질적으로 균일하게 덮을 수 있으며, 윈도우층(30)의 측면(32)에 경사진 면을 구비함으로써 상기 형광층(40)이 윈도우층의 측면(32) 경사를 따라 도포되므로, 콘포멀 코팅시 측면(32)에 형광층(40)이 도포되기 어려워 색온도 편차가 발생하는 문제가 효과적으로 개선될 수 있다.
아울러, 본 실시형태에 따른 윈도우층(30)은 충분히 큰 두께(tW)를 갖도록 형성된다. 예를 들어, 상기 발광구조물(20) 수평길이(a)의 1/2 이내의 두께범위에서 상기 기판(10)의 두께(tS)보다 두껍게 형성될 수 있으며, 따라서, 발광소자의 발광면적을 넓게 할 수 있다. 이에 따르면, 형광층(40)이 발광소자의 광방출면에 넓게 분포될 수 있어, 우수한 색특성을 갖는 발광소자가 얻어질 수 있다.
또한, 이 경우 발광소자의 광효율이 보다 효과적으로 개선될 수 있다. 구체적으로, 형광층(40)에 분포된 파장변환물질, 예를 들면 형광체는 발광소자로부터 출사된 광을 일부 자가흡수(self absorption)하여 소실시키는데, 본 실시형태에 따르면 윈도우층(30)이 형광층(40)과 접촉하는 발광면적이 넓게 형성되고, 이에 따라 동일 색특성을 위해 요구되는 형광체의 양을 줄일 수 있으므로, 형광체에서 자가흡수되는 광량을 줄일 수 있다.
한편, 본 실시형태에서, 상기 윈도우층(30)의 굴절률은 상기 기판(10)의 제2 면(B)과 접하는 일 면(31)에서 상부로 갈수록 작아질 수 있다. 구체적으로, 상기 윈도우층(30)은 굴절률이 다른 적어도 2개의 층으로 구분될 수 있으며, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 굴절률이 다른 3개의 층(30a, 30b, 30c)으로 구분될 수 있다. 여기서, 상기 3개의 층(30a, 30b, 30c) 중 상기 기판(10)의 제2 면(B)과 접하는 일 면(31) 측에 개제된 제1층(30a)의 굴절률은 1.6 내지 1.7에 해당하고, 그 위에 순차적으로 배치된 제2층(30b)과 제3층(30c)의 굴절률은 각각 1.5 내지 1.6 과 1.4 내지 1.5일 수 있다. 이와 같은 굴절률 차이는 굴절률이 서로 다른 물질로 채용함으로써 얻어질 수 있다. 또한, 윈도우층(30)을 동일한 물질, 예컨대 실리콘 수지로 채용하는 경우에는, 수지 내에 함유된 실리카(silica)의 양을 적절히 변경함으로써 얻어질 수도 있다.
이에 따르면, 기판(10)과 외부물질(예컨대, 공기 또는 형광층(40)) 간의 굴절률 차이가 점진적으로 감소될 수 있으므로, 보다 효과적으로 광추출 효율이 개선될 수 있다. 일 실시형태에서, 굴절률이 같은 한 개의 층으로 구현된 윈도우층(30)에 비하여 제1층(30a), 제2층(30b) 및 제3층(30c) 각각의 굴절률이 1.7, 1.6 및 1.53으로 다른 3개의 층으로 구현된 경우, 광효율이 최소 2%이상 개선됨을 확인할 수 있었다.
본 발명의 실시형태에 따른 발광장치의 다른 구성을 설명하면, 상기 실장기판(110)은 상기 실장기판(110) 본체의 일 면에 형성된 제1 및 제2 전극 패턴(110a, 110b)과, 상기 실장기판(110) 본체를 두께 방향으로 관통하는 복수의 비아(111a, 111b)와, 상기 실장기판(110) 본체의 타면에 형성된 하부 전극(112a, 112b)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 비아(111a, 111b)는 상기 제1 및 제2 전극패턴(110a, 110b)과 하부전극(112a, 112b) 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 이때, 상기 반도체 발광소자는 상기 제1 및 제2 전극 패턴(110a, 110b)이 형성된 면에 배치되어 전기신호를 인가받을 수 있다.
상기 실장기판(110) 본체는 에폭시, 트리아진, 실리콘, 폴리이미드 등을 함유하는 유기수지 소재 및 기타 유기 수지 소재로 형성되거나, AlN, Al2O3 등의 세라믹 소재, 또는 금속 및 금속화합물을 소재로 하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 실장기판(110)은 그 일 면에 전극패턴이 형성된 PCB 기판일 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 실장기판(110)은 그 본체를 관통하는 비아(111a, 111b)를 포함하는 형태로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니므로, 본 실시형태에 적용될 수 있는 실장기판(110)은, 반도체 발광소자가 배치되어 그를 구동하기 위한 배선구조가 형성된 기판이라면 어느 것이나 적용 가능하다.
본 실시형태에 따르면, 광 효율이 향상되며, 형광층(40)이 발광면에 균일하고 넓게 분포되어 색온도 편차가 개선된 반도체 발광소자 및 그를 포함하는 발광장치를 얻을 수 있다. 한편, 본 실시형태에 따른 윈도우층(30)의 형상을 이에 한정하는 것은 아니며, 이하에서는 윈도우층(30)에 채용될 수 있는 다른 형상에 대해서 설명하기로 한다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 반도체 발광소자의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 3a의 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 상부에서 바라본 평면도이다.
도 3a와 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 발광소자는 제1 면(A)과 상기 제1 면(A)에 반대되는 제2 면(B)을 갖는 투광성 기판(10)과, 상기 기판(10)의 제1 면(A) 상에 배치된 발광구조물(20)과, 상기 발광구조물(20)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(21a, 22a)과, 상기 기판(10)의 제2 면(B) 상에 상기 기판(10)과 다른 투광성 물질로 형성되며, 경사진 측면(32)을 구비하는 윈도우층(30)을 포함할 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 윈도우층(30)의 상부에는 적어도 하나의 홈 구조가 형성된다. 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 홈 구조는 V형상을 포함할 수 있다. 즉, 상기 홈 구조의 측면(35)은 경사진 면일 수 있으며, 이때 경사각(θ2)은 상기 윈도우층(30)의 경사진 측면(32)의 경사각(θ1)과 같을 수 있다. 이는, 후술할 바와 같이 본 발명의 제조방법에서 상기 윈도우층(30)의 경사진 측면(32) 형성시 사용되는 블레이드와 동일한 블레이드를 사용하여 가공함으로써 얻어질 수 있다.
상기 반도체 발광소자는 상기 윈도우층(30)의 측면(32)을 덮는 형광층(40)을 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 형광층(40)은 상기 윈도우층(30)의 측면(32)과 상부에 형성된 홈 구조에 대응하는 형상을 가질 수 있다.
또한, 본 실시형태에서, 상기 제1 전극(21a)은 상기 제2 도전형 반도체층(22) 및 활성층(23)을 관통하여 상기 발광구조물(20) 내부에서 상기 제1 도전형 반도체층(21)과 접속되는 적어도 하나의 도전성 비아(21c)와, 상기 적어도 하나의 도전성 비아(21c)와 접속된 제1 패드전극(21d)을 포함할 수 있다.
상기 도전성 비아(21c)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 도전형 반도체층(21)과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있으며, 도전성 비아(21c)가 복수개 배열됨으로써 전류 흐름이 효과적으로 분산될 수 있다. 이 경우, 도전성 비아(21c)는 절연부(25)에 의하여 둘러싸여 상기 활성층(23) 및 제2 도전형 반도체층(22)과 전기적으로 분리될 수 있다.
또한, 상기 도전성 비아(21c)는 상기 제1 도전형 반도체층(21) 사이에 오믹 컨택을 위한 도전형 컨택층을 더 포함할 수 있으며, 상기 도전형 컨택층은 Au, Ag, Cu, Zn, Al, In, Ti, Si, Ge, Sn, Mg, Ta, Cr, W, Ru, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt 등의 물질을 포함할 수 있으며, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등과 같이 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다.
상기 제2 전극(22a)은 제2 도전형 반도체층(22) 상에 직접 형성되어 접촉된 제2 컨택층(22c)과 그 상부에 형성되는 제2 패드전극(22d)을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 패드전극(21d, 22d)은 발광소자의 외부 단자로 기능할 수 있으며, 반사물질을 포함할 수 있다. 이 경우, 활성층(23)에서 생성된 광을 기판(10) 쪽으로 효과적으로 유도할 수 있다.
본 실시형태에 따른 제1 및 제2 전극(21a, 22a)의 경우, 실장기판(110) 상에 발광소자를 실장함에 있어서 제1 및 제2 전극(21a, 22a)간의 단차가 발생하는 문제가 용이하게 개선될 수 있으며, 실장기판(110)과의 접합면적이 넓어지므로, 보다 우수한 방열효과를 얻을 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 윈도우층(30)에 채용될 수 있는 보다 다양한 형상을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 본 실시형태에 따른 윈도우층(30)은 경사진 측면(32)과, 상부에 형성된 홈 구조를 포함하며, 상기 홈 구조는 하부면(36)에 평탄면을 포함할 수 있다. 또한, 도 4b를 참조하면, 상기 윈도우층(30)은 기판(10)의 제2 면(B)과 접하는 일 면(31)의 반대에 위치한 타면(33) 및 경사진 측면(32)을 포함하고, 상부에 형성된 홈 구조를 포함한다. 상기 타면(33) 및 홈 구조의 하부면(36)은 평탄면을 포함할 수 있다. 이와 달리, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 홈 구조는 V형상을 포함하며, 상기 홈 구조의 하부면은 평탄면을 포함하지 아니할 수 있다.
또한, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 윈도우층(30)의 경사진 측면(32)은 기울기가 꺾임면(32a)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이 상기 꺾임면(32a)의 기울기가 상기 기판(10)의 제2 면(B)과 접하는 일 면(31)을 기준으로 90°인 경우, 상기 꺾임면의 높이(tW2)는 형광층(40)의 콘포멀 코팅시 상기 윈도우층(30)의 측면(32)이 모두 덮일 수 있도록, 소정의 높이를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 꺾임면의 높이와 상기 기판(10)의 두께의 합은 100um 이내의 범위에 있도록 설정될 수 있을 것이다.
이처럼, 본 실시형태에 따른 윈도우층(30)은 다양한 형상으로 구비될 수 있으며, 상술한 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 광추출 효율 및 색온도 편차가 개선된 반도체 발광소자 및 이를 포함하는 발광장치를 얻을 수 있으며, 아울러 윈도우층(30)의 경사각(θ)을 조절함으로써 지향각 특성도 제어될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 설명하기로 한다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 5를 참조하면, 제1 면(A)과 상기 제1 면(A)에 반대되는 제2 면(B)을 포함하는 투광성 기판(10')을 마련한다.
다음으로, 상기 투광성 기판(10')의 제1 면(A) 상에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물(20)을 형성한다. 이때, 상기 발광구조물(20)의 두께(tL)는 약 10um 이하의 박막일 수 있다.
상기 투광성 기판(10')은 앞서 설명한 바와 같이, 사파이어, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등의 물질로 이루어진 반도체 성장용 기판을 사용할 수 있다. 아울러, 도시된 바와 같이, 상기 발광구조물(20)을 형성한 이후 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 각각에 접속된 제1 및 제2 전극(21a, 22a)을 형성할 수도 있다.
한편, 본 단계는 도시된 바와 같이 웨이퍼 레벨에서 수행되는 것일 수 있다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 투광성 기판(10')이 원하는 두께(tS)로 형성될 수 있도록 상기 기판의 제2 면(B)을 연마할 수 있다.
본 단계는, 상기 발광구조물(20) 상에 지지기판(50)을 부착한 후, 상기 투광성 기판(10)의 제2 면(B)을 그라인딩 또는 래핑 등의 공정을 통해 물리적으로 연마함으로써 수행될 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니므로, 상기 기판의 제2 면(B)을 화학적으로 일부 식각하는 방법이 적용될 수도 있다. 상기 지지기판(50)은 상기 투광성 기판(10')이 원하는 두께(tS), 예를 들면 100um 이하의 두께를 갖도록 연마된 이후에는 제거될 수 있다.
다음으로, 상기 기판의 제2 면(B) 상에 상기 기판(10)의 물질과 다른 투광성 물질을 포함하며, 경사진 측면을 구비하는 윈도우층(30)을 형성한다.
본 단계는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)의 제2 면(B) 상에 투명수지층(30')을 형성하는 단계로부터 시작될 수 있다. 상기 투명수지층(30')은 예를 들면, 투명수지 물질을 상기 기판의 제2 면(B) 상에 형성한 후 열처리 등을 가하여 경화시킴으로써 마련될 수 있다.
이 경우, 상기 투명수지층(30')은 상기 윈도우층(30)을 이루는 물질로 제공되며, 상기 기판(10)보다 낮은 경도를 갖는 물질일 수 있다. 이에 따르면, 후속 공정에서 상기 투명수지층(30')의 형상을 가공함에 있어서 경도가 높은 기판(10)을 가공하는 경우에 비하여 공정상 유리하며, 보다 다양하고 정밀한 형상의 구현이 가능해지는 이점이 있다.
상기 투명수지층(30')은 상기 기판(10)의 두께(tS)보다 크거나 같은 두께를갖도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 각 발광소자 단위의 발광구조물(20) 수평길이(a)의 1/2보다는 작거나 같은 두께로 형성될 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이, 각 발광소자 단위의 발광구조물(20)의 수평길이(a)가 200um 내지 1.5mm일 때, 상기 투명수지층의 두께(tW)는 7500um 이하일 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니지만, 바람직하게는 10um 내지 1000um의 두께 범위에서 상기 기판(10)의 두께(tS)보다 크거나 같게 형성할 수 있다.
또한, 상기 투명수지층(30')의 굴절률은 상기 기판(10)을 이루는 물질보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 이에 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어 상기 투명수지층(30')의 굴절률은 1.4 내지 1.6일 수 있다.
이와 같은 투명수지층(30')에 채용될 수 있는 물질로는, 예를 들면 실리콘, 변형 실리콘, 에폭시, 우레탄, 옥세탄, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질일 수 있다.
다음으로, 상기 투명수지층(30')에 경사진 측면을 형성한다. 본 단계는, 도 8a에 도시된 바와 같이, 소정의 경사각을 갖는 블레이드(60)를 이용하여 상기 투명수지층(30')의 상부에서 하부로 압력을 가해줌으로써 수행되는 것일 수 있으나, 이와 달리, 도 8b에 도시된 바와 같이 상기 투명수지층(30') 상에 마스크 패턴(M)을 형성 후 습식식각 또는 건식식각을 적용함으로써 수행되는 것일 수 있다.
다음으로, 도 8a의 일점쇄선으로 도시된 바와 같이 상기 윈도우층(30)과 기판(10)을 구비하는 발광구조물(20)을 각 발광소자 단위로 절단함으로써 도 1에 도시된 바와 같은 반도체 발광소자가 얻어질 수 있다.
각 발광소자 단위로 절단하는 것은 상기 투명수지층(30')의 경사면을 형성할 때 사용된 블레이드(60)를 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니므로, 다른 블레이드를 사용할 수 있고, 그 외 당 기술분야에서 공지된 다양한 칩분리 방식을 이용할 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 발광소자 제조방법은, 상기 윈도우층(30)의 측면을 덮는 형광층(40)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 형광층(40)을 형성하는 단계는 콘포멀 코팅을 이용하여 수행될 수 있다. 구체적으로, 형광층(40)이 분사되는 스프레이(70)를 상기 윈도우층(30)의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 이동해 줌으로써 상기 형광층(40)이 윈도우층(30)의 측면(32)을 덮도록 형성할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에와 같이 상기 윈도우층(30)이 측면(32)과 타면(33)을 구비하는 경우, 상기 형광층(40)은 상기 측면(32)과 타면(33)을 모두 덮을 수 있다.
이에 따르면, 상기 형광층(40)은 상기 윈도우층(30)의 형상과 대응하는 형상을 포함할 수 있으며, 각 측면(32)과 타면(33)에서 실질적으로 균일한 두께를 갖도록 마련될 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 반도체 발광소자는 콘포멀 코팅시 도포되는 형광층의 두께를 고려하여 충분히 얇은 두께(tS)로 연마된 기판(10)을 구비하므로, 상기 기판이 두꺼운 직사각형 형상을 갖는 경우에 비하여 형광층(40)이 기판(10)의 측면을 모두 덮을 수 있으며, 상기 형광층(40)은 윈도우층(30)의 경사진 측면(32)을 따라 균일하게 도포될 수 있으므로, 색온도 편차를 효과적으로 개선할 수 있다.
아울러, 본 실시형태에 따른 윈도우층(30)은 충분히 큰 두께(tW)를 가지므로, 발광소자의 발광면적을 넓힐 수 있고, 형광층이 발광소자의 광방출면에 넓게 분포될 수 있어 우수한 색특성을 갖는 반도체 발광소자의 제공이 가능하다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 윈도우층(30)에 의해 배광특성이 제어된 시뮬레이션 결과를 도시한다.
구체적으로, 도 10a 및 도 10b는 각각 윈도우층(30)의 두께를 140um로 형성하고, 경사각(θ)을 90°로 형성한 경우와, 45°로 형성한 경우의 배광특성을 측정한 결과 그래프이다.
도 10a의 결과에서 나타나듯이, 윈도우층(30)의 경사각(θ)을 90°로 형성한 경우 최대 발광강도(약 35cd)의 50%가 되는 발광강도에서 지향각은 146°로 측정되었으며, 도 10b의 결과에서 나타나듯이, 윈도우층(30)의 경사각(θ)을 45°로 형성한 경우 최대 발광강도(약 37cd)의 50%가 되는 발광강도에서 지향각은 140°로 변경되었음을 확인할 수 있다.
이처럼, 상기 윈도우층(30)의 경사각(θ)을 변경함으로써 발광소자는 요구되는 배광특성을 갖도록 제어될 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 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.
10: 기판 20: 발광구조물
21: 제1 도전형 반도체층 22: 제2 도전형 반도체층
23: 활성층 30: 윈도우층
31: 윈도우층의 일 면 32: 윈도우 층의 측면
33: 윈도우층의 타면 40: 형광층
50: 지지기판 60: 블레이드
70: 스프레이 110: 실장기판

Claims (10)

  1. 제1 면과 상기 제1 면에 반대되는 제2 면을 갖는 투광성 기판;
    상기 기판의 제1 면 상에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물;
    상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층에 각각 접속된 제1 전극 및 제2 전극; 및
    상기 기판의 제2 면 상에 상기 기판의 물질과 다른 투광성 물질로 형성되며, 경사진 측면을 구비하는 윈도우층;
    을 포함하는 반도체 발광소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 윈도우층의 굴절률은 상기 기판의 굴절률보다 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 윈도우층의 굴절률은 상기 기판의 제2 면과 접하는 일 면에서 상부로 갈수록 작아지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 윈도우층의 측면을 덮도록 형성된 형광층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 형광층은 상기 윈도우층의 측면에 대응하는 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 형광층은 상기 기판의 측면을 덮는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 기판의 두께는 100um 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 윈도우층의 두께는 상기 기판의 두께보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 윈도우층의 두께는 10um 내지 1000um인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  10. 실장기판; 및
    상기 실장기판 상에 배치되며, 전원인가시 광을 방출하는 반도체 발광소자를 포함하며,
    상기 반도체 발광소자는,
    제1 면과 상기 제1 면에 반대되는 제2 면을 갖는 투광성 기판;
    상기 기판의 제1 면 상에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물;
    상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층에 각각 접속된 제1 전극 및 제2 전극; 및
    상기 기판의 제2 면 상에 상기 기판의 물질과 다른 투광성 물질로 형성되며, 경사진 측면을 구비하는 윈도우층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
KR1020130008316A 2013-01-24 2013-01-24 반도체 발광소자 및 발광장치 KR20140095395A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130008316A KR20140095395A (ko) 2013-01-24 2013-01-24 반도체 발광소자 및 발광장치
US14/156,636 US20140203317A1 (en) 2013-01-24 2014-01-16 Semiconductor light emitting device and light emitting apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130008316A KR20140095395A (ko) 2013-01-24 2013-01-24 반도체 발광소자 및 발광장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140095395A true KR20140095395A (ko) 2014-08-01

Family

ID=51207052

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130008316A KR20140095395A (ko) 2013-01-24 2013-01-24 반도체 발광소자 및 발광장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20140203317A1 (ko)
KR (1) KR20140095395A (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9412906B2 (en) * 2014-02-20 2016-08-09 Epistar Corporation Light-emitting device
TWI637533B (zh) * 2015-01-16 2018-10-01 晶元光電股份有限公司 半導體發光元件
TWI699906B (zh) * 2015-01-16 2020-07-21 晶元光電股份有限公司 半導體發光元件
US9793436B2 (en) 2015-01-16 2017-10-17 Epistar Corporation Semiconductor light-emitting device
TW201725763A (zh) * 2015-06-26 2017-07-16 億光電子工業股份有限公司 發光裝置及其製造方法
CN109473519A (zh) * 2018-11-15 2019-03-15 湘能华磊光电股份有限公司 倒装led结构及其制造方法
CN111640831A (zh) * 2020-06-18 2020-09-08 佛山紫熙慧众科技有限公司 Led芯片结构
US20230013841A1 (en) * 2021-07-16 2023-01-19 Epistar Corporation Light-emitting device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6791119B2 (en) * 2001-02-01 2004-09-14 Cree, Inc. Light emitting diodes including modifications for light extraction
KR101182041B1 (ko) * 2002-09-19 2012-09-11 크리 인코포레이티드 경사 측벽을 포함하고 인광물질이 코팅된 발광 다이오드,및 그의 제조방법
US20070272930A1 (en) * 2006-05-26 2007-11-29 Huan-Che Tseng Light-emitting diode package
US7483212B2 (en) * 2006-10-11 2009-01-27 Rensselaer Polytechnic Institute Optical thin film, semiconductor light emitting device having the same and methods of fabricating the same
US9831220B2 (en) * 2011-01-31 2017-11-28 Cree, Inc. Light emitting diode (LED) arrays including direct die attach and related assemblies

Also Published As

Publication number Publication date
US20140203317A1 (en) 2014-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10903397B2 (en) Light emitting device package
US10359153B2 (en) Light emitting diode chip having a small area and slim thickness, light emitting device and electronic device including the same
KR20140095395A (ko) 반도체 발광소자 및 발광장치
EP3353822B1 (en) Compact light emitting diode chip
US8669577B2 (en) Light emitting diode
US11935990B2 (en) Light emitting diode having side reflection layer
CN106887512B (zh) 电路板和使用该电路板的半导体发光器件封装件
KR20150042362A (ko) 발광다이오드 패키지 및 그 제조방법
US20120280261A1 (en) Light-emitting diode (led) for achieving an asymmetric light output
KR101228130B1 (ko) 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법, 발광장치
KR102565148B1 (ko) 플립칩형 발광 다이오드 칩 및 그것을 포함하는 발광 장치
US10490703B2 (en) Light-emitting-device package and production method therefor
KR20170039490A (ko) 발광 소자 및 그 제조 방법
KR20160024170A (ko) 반도체 발광 소자
KR20170026801A (ko) 반도체 발광소자 패키지 및 이를 이용한 광원모듈
KR100891800B1 (ko) 발광소자 어레이 제조방법 및 발광소자 어레이
KR20210116828A (ko) 광원 모듈 및 이를 이용한 디스플레이 패널
US20230369304A1 (en) Pixel device and display apparatus having the same
EP4318615A1 (en) Light-emitting device and light-emitting module comprising same
KR101504249B1 (ko) 발광 소자 패키지와, 백라이트 유닛, 조명 장치 및 발광 소자 패키지의 제작 방법
KR20170039488A (ko) 발광 소자 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid