KR20150131075A - 광전 반도체 소자 및 광전 반도체 소자를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

광전 반도체 소자 및 광전 반도체 소자를 제조하기 위한 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20150131075A
KR20150131075A KR1020157026836A KR20157026836A KR20150131075A KR 20150131075 A KR20150131075 A KR 20150131075A KR 1020157026836 A KR1020157026836 A KR 1020157026836A KR 20157026836 A KR20157026836 A KR 20157026836A KR 20150131075 A KR20150131075 A KR 20150131075A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
semiconductor chip
deflection element
radiation
semiconductor
deflection
Prior art date
Application number
KR1020157026836A
Other languages
English (en)
Inventor
로렌조 지니
토비아스 마이어
Original Assignee
오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 filed Critical 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
Publication of KR20150131075A publication Critical patent/KR20150131075A/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01L33/02—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 bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • 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
    • H01L33/44—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 coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • 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
    • H01L33/505—Wavelength conversion elements characterised by the shape, e.g. plate or foil
    • 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
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0058—Processes relating to semiconductor body packages relating to optical field-shaping elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0066—Processes relating to semiconductor body packages relating to arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body
    • 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
    • H01L33/44—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 coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector
    • 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
    • H01L33/60—Reflective elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 전자기 복사(6)의 방출을 위한 적어도 하나의 반도체 칩(1)을 포함하는 광전 반도체 소자에 관한 것으로, 이 경우 반도체 칩(1)은 적어도 하나의 측면(4)을 갖고, 반도체 칩(1)의 작동 시 전자기 복사(6)의 일부는 측면(4)을 통해 출사한다. 반도체 소자는 또한 적어도 하나의 편향 소자(7)를 포함하고, 이 경우 편향 소자(7)는 복사 투과성으로 형성된다. 편향 소자(7)와 반도체 칩(1)은 서로 나란히(11) 배치되고, 편향 소자(7)는 반도체 칩(1)의 측면(4)에 배치되며, 편향 소자(7)는 반도체 칩(1)의 반도체 물질의 평균 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 물질을 포함한다. 또한 본 발명은 광전 반도체 소자를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

광전 반도체 소자 및 광전 반도체 소자를 제조하기 위한 방법{OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT AND METHOD FOR PRODUCING AN OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT}
본 발명은 광전 반도체 소자에 관한 것이다. 또한 본 발명은 광전 반도체 소자를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
간행물 WO 2011/015449 A1호 및 US 8,148,734 B2호에 광전 반도체 소자가 공개되어 있다.
본 발명의 과제는 특히 효율적이고 특히 매우 높은 광 아웃 커플링을 포함하는 광전 반도체 소자, 줄여서 소자를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 과제는 특히 효율적인 광전 반도체 소자를 제조하기 위한 간단한 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구범위 제 1 항에 따른 광전 반도체 소자 및 청구범위 제 13 항에 따른 방법에 의해 해결된다.
양상에 따라 광전 반도체 소자, 줄여서 소자가 제시된다. 소자는 전자기 복사, 바람직하게는 광을 방출하기 위해 형성된다. 소자는 작동 시 적외선 복사, UV 복사, 컬러 또는 백색광을 방출한다.
소자는 적어도 하나의 반도체 칩을 포함한다. 소자는 하나 이상의 반도체 칩, 예를 들어 2개 이상의 반도체 칩을 포함할 수도 있다.
반도체 칩은 바람직하게 III-V 반도체 물질, 특히 질화물계 화합물 반도체 물질 또는 인화물계 화합물 반도체 물질 또는 비소화물계 화합물 반도체 물질에 기반하는 반도체 칩이다. 바람직하게 반도체 칩은 발광 다이오드- (LED) 칩이다.
반도체 칩은 예를 들어 수직 연장부보다 작은 두께를 갖는다. 바람직하게 기판이 없는 반도체 칩은 15 ㎛보다 작은, 바람직하게는 7 ㎛보다 작은, 예를 들어 5 ㎛ 또는 6 ㎛의 두께를 갖는다.
반도체 칩은 예를 들어, 성장 기판이 제거된 박막 칩일 수 있다. 반도체 칩은 칩으로부터 출사하는 복사의 대부분이 반도체 칩의 메인 면을 통해 출사되는 표면 방사체이다.
또한 반도체 칩은 성장 기판을 포함하는, 특히 복사 투과성 사파이어 기판을 포함하는 반도체 칩일 수 있다. 이러한 경우에 반도체 칩은, 출사되는 복사의 상당 부분이 칩의 메인 면에 대해 수직으로 또는 가로방향으로 연장되는 측면을 통해 출사되는 체적 방사체일 수 있다.
반도체 칩은 전자기 복사, 특히 광의 생성을 위한 활성 영역을 포함한다. 반도체 칩은 바람직하게 메인 방출 방향을 갖고, 상기 방향은 예를 들어 반도체 칩의 방출면에 대해 수직으로 연장된다. 생성된 복사의 50% 이상, 바람직하게는 반도체 칩에 의해 생성된 복사의 70% 이상이 메인 방출 방향으로 방출된다. 메인 방출 방향의 이러한 규정은 특히 표면 방사체인 반도체 칩에 해당한다.
또한 메인 방출 방향은 복사의 어느 정도의 비율이 상기 방향으로 방출되는지와 무관하게, 반도체 칩의 에피택셜 증착된 층의 성장 방향에 대해 평행하게 연장되는 방향으로 규정될 수 있다. 메인 방출 방향의 이러한 규정은 특히 체적 방사체인 반도체 칩에 해당한다.
반도체 칩은 적어도 하나의 측면을 갖는다. 측면은 바람직하게 반도체 칩의 둘레에 환형으로 연장되고, 상기 반도체 칩을 측방향으로 제한한다. 측면은 소자 또는 반도체 칩의 측방 메인 연장 방향에 대해 가로방향으로 또는 수직으로 연장된다. 반도체 칩은 또한 상부면과 하부면을 갖는다. 상부면과 하부면은 반도체 칩의 측면에 대해 가로방향으로 또는 수직으로 연장된다. 상부면과 하부면은 소자 또는 반도체 칩의 측방 메인 연장 방향에 대해 평행하게 연장된다.
소자는 또한 캐리어를 포함할 수 있다. 이 경우 반도체 칩은 캐리어 상에 배치된다. 특히 반도체 칩의 하부면이 캐리어 상에 고정되고, 예를 들어 납땜된다. 캐리어는 반도체 칩의 기계적 안정화를 위해 이용된다.
반도체 칩에 의해 생성된 전자기 복사의 일부는 반도체 칩의 작동 시 반도체 칩의 측면을 통해 출사한다. 다시 말해서, 복사의 일부는 측방 메인 연장 방향에 대해 수직인 메인 방출 방향으로 방출되지 않는다. 예를 들어 생성된 복사의 50% 까지 측면을 통해 출사한다. 바람직하게 작동 시 반도체 칩으로부터 방출되는 복사의 20% 내지 30%, 예를 들어 25%는 반도체 칩의 측면을 통해 출사한다. 복사의 나머지 부분, 즉 작동 시 반도체 칩으로부터 방출되는 복사의 바람직하게 80%까지, 예를 들어 60% 또는 70%는 반도체 칩의 상부면을 통해 출사한다.
소자는 또한 적어도 하나의 편향 소자를 포함한다. 편향 소자는 바람직하게 일체형으로 형성된다. 편향 소자는 균일한 물질로 형성될 수 있다. 다시 말해서, 편향 소자의 물질의 전기적 및/또는 광학적 특성, 특히 굴절률은 편향 소자의 다양한 위치에서 동일하다. 특히 편향 소자는 층 구조를 포함하지 않는 것이 가능하다. 편향 소자는 이러한 실시예에서 예를 들어 상이한 굴절률을 갖는 층으로 형성되는 것이 아니라, 예를 들어 균일한 물질로 이루어진 하나의 두꺼운 층으로 형성된다.
편향 소자는 편향층으로서 형성될 수 있다. 특히 편향 소자의 측방향 연장부는 바람직하게 반도체 칩의 측방향 연장부보다 작다. 편향 소자의 수직 연장부는 반도체 칩의 수직 연장부에 대략 상응하거나 동일하다. 편향 소자는 반도체 칩에 의해 생성되고 반도체 칩의 측면으로부터 출사하는 복사의 편향을 위해 형성된다. 편향 소자는 반도체 칩의 측면을 예를 들어 완전히 커버한다.
편향 소자는 복사 투과성으로 형성된다. 특히 편향 소자는, 작동 시 반도체 칩에서 생성되고 반도체 칩으로부터 측면으로 출사하는 복사가 편향 소자를 완전히 또는 적어도 부분적으로 통과할 수 있도록 형성된다. 편향 소자와 반도체 칩은 서로 나란히 배치된다. 편향 소자는 반도체 칩의 측면에 배치된다. 이 경우 편향 소자는 반도체 칩의 측면의 일부에만 배치될 수 있다. 이에 대한 대안으로서 편향 소자는 반도체 칩의 측면 전체에 배치될 수도 있다. 다시 말해서, 편향 소자는 반도체 칩 둘레에 환형으로 배치될 수 있다. 이러한 경우에 편향 소자는 바람직하게 프레임 형태로 형성된다.
편향 소자는 편향 소자가 인접하는 반도체 칩의 반도체 물질의 평균 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 물질을 포함한다. 예를 들어 생성된 복사의 파장이 미리 정해진 경우에(예를 들어 450 nm에서) 편향 소자의 물질의 평균 굴절률은 반도체 칩의 반도체 물질의 평균 굴절률보다 2%, 특히 10% 만큼 더 크다. 바람직하게는 파장이 미리 정해진 경우에 편향 소자의 물질의 평균 굴절률은 반도체 칩의 반도체 물질의 평균 굴절률의 10%이상이고, 예를 들어 15% 또는 20% 만큼 더 크다.
편향 소자의 높은 굴절률 및 이와 관련해서 반도체와 편향 소자 사이의 굴절률 차이로 인해 반도체 칩의 측면에서 출사하는, 반도체 칩에 의해 생성된 복사의 일부는 편향 소자에 의해 반도체 칩의 메인 방출 방향을 향해 편향된다. 편향 소자의 측면에 입사하는 복사의 일부는 전반사되고, 반도체 칩의 메인 방출 방향을 향해 편향된다.
전반사가 이루어지지 않는 경우에, 즉 측면으로 출사하는 복사의 입사각이 전반사의 임계각보다 작은 경우에, 또한 측면으로 출사하는 복사의 측면에서 반사 확률이 높아지는 것이 가능하다. 다시 말해서, 반도체 칩의 측면을 통해 반도체 칩에서 방출된 복사를 측면으로 출사하는 복사의 입사각과 무관하게, 메인 방출 방향을 향해 편향하기 위한 확률은 편향 부재에 의해 높아질 수 있다. 입사각은 이 경우 및 하기에서 복사가 반도체 칩의 및/또는 편향 소자의 측면의 하나의 지점에 입사하는 각도, 즉 탄젠트 법선과 관련해서, 상기 지점을 통과해서 반도체 칩 및/또는 변환 소자에 입사하는 각도에 의해 주어질 수 있다. 관련 측면에서 전반사의 임계각보다 작은 입사각의 경우에 복사는 부분적으로만 반사된다. 상기 반사의 정도는 편향 소자를 배치함으로써 높아질 수 있다.
편향 소자의 측면은 예를 들어 반도체 칩을 등지는 편향 소자의 측면에 있는 반도체 칩의 측면에 대해 평행하게 연장된다. 측면을 통해 반도체 칩에서 방출되는 복사에 의한 복사 손실은 이로 인해 감소하거나 완전히 방지될 수 있다. 이로써 소자의 복사 아웃 커플링은 증가한다. 따라서 매우 효율적인 소자가 제공된다.
적어도 하나의 실시예에 따라 편향 소자는 반도체 칩의 측면을 향한 제 1 측면을 갖는다. 편향 소자는 또한 제 1 측면에 대향 배치된 제 2 측면을 갖는다. 제 1 측면과 제 2 측면은 서로 평행하게 배치된다. 제 1 측면과 제 2 측면은 소자의 메인 연장 방향에 대해 수직으로 연장된다.
편향 소자의 제 1 측면은 복사 진입면을 형성한다. 특히 반도체 칩 및/또는 편향 소자는, 반도체 칩의 측면으로부터 출사된 복사의 일부가 편향 소자의 제 1 측면을 지나서 편향 소자 내로 진입하도록 형성된다.
제 1 측면 또는 복사 진입면은 반도체 칩과 편향 소자 사이의 경계면이다. 복사 진입면 또는 제 1 측면은 바람직하게 평평하게 또는 평탄하게 형성된다. 복사 진입면은 바람직하게 반도체 칩의 측면에 대해 평행하게 및 대향되도록 배치된다. 편행 소자의 제 2 측면도 바람직하게 평평하게 또는 평탄하게 형성된다.
편향 소자는, 편향 소자 내로 진입된 복사가 편향 소자의 제 2 측면으로부터 출사하는 것이 감소하거나 저지되도록 형성되고 배치된다. 예를 들어 편향 소자 내로 진입된 복사의 10% 미만, 예를 들어 5% 또는 2%가 편향 소자의 제 2 측면에서 다시 출사한다. 바람직하게 편향 소자 내로 진입된 복사의 대부분, 예를 들어 90% 이상이 편향 소자의 제 2 측면에서 전반사된다. 특히 바람직하게 편향 소자 내로 진입된 복사의 95% 이상, 예를 들어 98% 또는 99%가 제 2 측면에서 전반사된다. 추가로 편향 소자의 제 2 측면에 반사 코팅부가 위치할 수 있고, 상기 반사 코팅부는 예를 들어, 편향 소자 상의 제 2 측면에 특히 직접 적층된 반사 금속층일 수 있다.
전반사란 이와 관련해서, 복사가 제 2 측면의 하나의 지점에 입사하는 각도이고, 상기 지점을 통과하는 탄젠트 법선과 관련해서, 상기 지점에서 관련된 주변 매체에서의 전반사의 임계각보다 크다. 상기 임계각의 크기 설정을 위해 상기 지점에서 각각의 탄젠트 법선이 표준이다.
편향 소자의 물질의 높은 굴절률과 제 2 측면의 평탄한 형성에 의해 편향 소자로부터 복사의 측면 출사는 이로써 현저하게 감소하거나 완전히 저지된다. 반도체 칩의 측면으로부터 출사되어 편향 소자 내로 진입된 복사는 따라서 거의 또는 전혀 측면으로 소실되지 않는다.
적어도 하나의 실시예에 따라 편향 소자는 캐리어를 등지는 상부면을 갖는다. 상부면은 편향 소자의 제 1 및 제 2 측면에 대해 수직으로 또는 가로방향으로 연장된다. 상부면은 소자의 측방 메인 연장 방향에 대해 실질적으로 평행하게 연장된다.
편향 소자는, 반도체 칩으로부터 방출되어 편향 소자 내로 진입된 복사가 편향 소자의 상부면에서 아웃 커플링 되도록 형성되고 배치된다. 예를 들어 편향 소자의 상부면은 이를 위해 구조화부를 포함한다. 상부면의 구조화부에 의해 전방 방향으로 복사의 아웃 커플링이 간단해진다. 편향 소자의 상부면은 예를 들어 러프닝될 수 있다. 이를 위해 편향 소자의 상부면은 에칭, 브러싱, 그라인딩 또는 샌드 블라스팅될 수 있다. 특히 편향 소자의 측면은 상부면보다 매끄럽게 형성될 수 있다.
편향 소자의 측면 및 표면의 특수한 형성에 의해 편향 소자의 제 2 측면에서 전반사된 복사는 위로 편향 소자의 상부면을 향해 편향되고, 거기에서 편향 소자로부터 아웃 커플링된다. 다시 말해서, 복사는 편향 소자에 의해 반도체 칩의 메인 방출 방향으로 아웃 커플링된다. 바람직하게 전반사된 복사의 90% 이상, 특히 바람직하게 95% 이상, 예를 들어 98%가 편향 소자의 상부면에서 아웃 커플링된다. 따라서 소자의 광수율이 증가한다. 반도체 칩으로부터 및/또는 편향 소자로부터 측면으로 출사하는 복사에 의한 복사 손실은 방지된다.
적어도 하나의 실시예에 따라 반도체 칩은 캐리어를 등지는 상부면을 갖는다. 반도체 칩은, 반도체 칩으로부터 방출된 복사의 다른 부분, 특히 메인 방출 방향으로 반도체 칩으로부터 방출된 복사가 반도체 칩의 상부면에서 아웃 커플링되도록 형성된다. 바람직하게 반도체 칩의 상부면은 구조화부를 포함한다. 반도체 칩의 상부면은 예를 들어 에칭, 브러싱, 그라인딩 또는 샌드 블라스팅에 의해 러프닝될 수 있다. 상부면은 특히 반도체 칩의 하부면 및 측면보다 거칠다.
바람직하게는 반도체 칩의 측면을 통해 출사하지 않는 복사의 80%, 90% 또는 그 이상, 특히 바람직하게 95%, 98% 또는 99%는 반도체 칩의 상부면에서 반도체 칩으로부터 아웃 커플링된다. 이로 인해 특히 효율적인 소자가 제공된다.
적어도 하나의 실시예에 따라 소자는 적어도 하나의 파장 변환 소자를 포함한다. 파장 변환 소자는 반도체 칩의 상부면으로부터 출사하는 복사를 전자기 이차 복사로 적어도 부분적으로 변환하기 위해 형성된다. 또한 파장 변환 소자는 편향 소자의 상부면으로부터 출사하는 복사를 전자기 이차 복사로 적어도 부분적으로 변환하기 위해 형성되고 배치된다.
파장 변환 소자는 방출 방향으로 편향 소자와 반도체 칩 다음에 배치된다. 파장 변환 소자는 편향 소자 및 반도체 칩에 대해 이격되어 배치될 수 있다. 이에 대한 대안으로서 파장 변환 소자는 편향 소자 및 반도체 칩에 대해 바로 또는 직접 인접하게 배치될 수도 있다.
파장 변환 소자의 측방향 연장부는 바람직하게 편향 소자와 반도체 칩을 합한 전체 측방향 연장부에 상응한다. 이로써 편향 소자의 상부면과 반도체 칩의 상부면으로부터 출사하는 복사 전체가 파장 변환 소자에 입사하고, 상기 소자를 통해 이차 복사로 변환될 수 있다.
반도체 칩으로부터 방출되고 측면을 통해 출사된 복사는 편향 소자에 의해 위로 상부면을 향해 안내됨으로써, 일반적으로 측면으로 소실될 수 있는 광도 변환에 이용될 수 있다. 반도체 칩의 측면의 연장부에 배치된 추가 파장 변환 소자들은 불필요하다.
적어도 하나의 실시예에 따라 편향 소자는 반도체 칩의 측면에 직접 인접하게 배치된다. 다시 말해서, 편향 소자의 제 1 측면은 반도체 칩의 측면에 대해 바로 인접하게 배치된다. 이러한 경우에 편향 소자와 반도체 칩 사이에 연결 물질 및 바람직하게는 에어갭도 제공되지 않는다. 따라서 계면 굴절에 의한 복사 손실이 방지될 수 있고, 소자의 구성도 매우 간단하게 유지될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따라 편향 소자와 반도체 칩 사이에 연결층이 배치된다. 편향 소자의 제 1 측면은 이러한 경우에 연결층에 바로 인접한다. 또한 반도체 칩의 측면도 연결층에 바로 인접한다. 연결층은 예를 들어 접착층일 수 있다. 연결층은, 편향 소자와 반도체 칩을 견고하게 바람직하게는 영구적으로 연결하기 위해 이용된다. 이로써 매우 안정적인 소자가 제공될 수 있다.
연결층은 반도체 칩의 물질의 굴절률보다 작거나 같은 굴절률을 갖는 물질을 포함한다. 연결층은 예를 들어 하기 물질들 중 적어도 하나로 형성될 수 있거나, 하기 물질들 중 하나로 이루어질 수 있다: 저굴절 실리콘 접착제, SiO2, AlON, Al2O3, AlN, SiN, ZnO, ZrO2.
연결층의 물질의 굴절률은 바람직하게 편향 소자의 물질의 굴절률보다 작다. 또한 연결층의 물질의 굴절률은 반도체 칩의 인접하는 물질의 굴절률보다 크고, 작고 또는 동일할 수 있다. 연결층의 굴절률이 반도체 칩의 인접하는 물질의 굴절률과 대략 동일하면, 반도체 칩으로부터 연결층 내로 복사의 이행 시 복사는 물질들의 거의 동일한 굴절률로 인해 굴절되지 않고 또는 입사축으로부터 멀어지게 굴절되지 않는다. 연결층으로부터 편향 소자로 복사의 이행 시 복사는 입사축을 향해 굴절된다. 편향 소자 내로 진입하는 복사가 제 2 측면에 입사하는 각도는 이로 인해 커진다. 이로써 제 2 측면에서 전반사의 정도가 증가하고, 소자의 효율은 더욱 높아진다. 또한 전반사의 임계각보다 작은 입사각에서도 연결층에 의해 제 2 측면에서 반사 확률이 더욱 높아질 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따라 편향 소자는 캐리어를 향한 하부면을 갖는다. 편향 소자의 하부면과 캐리어 사이에 미러층이 배치된다. 미러층은 바람직하게 캐리어 상에 및/또는 편향 소자 상에 접착되고 및/또는 증착되고 및/또는 스퍼터링된다. 미러층은 추가로 또는 대안으로서 편향 소자의 제 2 측면에 위치할 수도 있다. 미러층은 예를 들어 편향 소자의 전체 하부면을 따라 그리고 제 2 측면 전체를 따라 연장될 수 있다.
미러층은, 편향 소자의 하부면에 입사하는 산랑광을 편향 소자의 제 2 측면 또는 상부면을 향해 반사하여 소자의 광수율을 높이는데 이용된다.
적어도 하나의 실시예에 따라 반도체 칩은 갈륨 질화물(GaN)을 포함한다. 편향 소자는 예를 들어 이산화티타늄(TiO2), 이산화텔루륨, 고굴절 실리콘 또는 질화인듐갈륨(InGaN)을 포함할 수 있다.
상기 물질들은 높은 기계적 안정성을 특징으로 한다. 또한 편향 소자의 물질들은 매우 높은 굴절률을 갖고, 상기 굴절률은 특히 방출된 복사의 파장의 값이 미리 정해진 경우에 GaN의 굴절률보다 높다. 편향 소자와 반도체 칩의 물질들의 굴절률의 차이로 인해 반도체 칩을 통해 방출된 복사의 측면 아웃 커플링이 감소하거나 저지될 수 있다.
다른 양상에 따라 광전 반도체 소자, 바람직하게는 전술한 광전 반도체 소자를 제조하기 위한 방법이 설명된다. 특히 제조된 반도체 소자는 바람직하게 여기에 설명된 반도체 소자이다. 소자에 대해 공개된 모든 특징들은 따라서 방법에 대해서도 공개되며 반대의 경우도 가능하다. 방법은 하기 단계들을 포함한다:
먼저 캐리어가 제공된다. 캐리어는 캐리어 구조로서 반도체 칩과 편향 소자에 적합하다. 캐리어는 반도체 칩과 편향 소자를 위한 안정화 소자로서 이용된다.
다음 단계에서 적어도 하나의 반도체 칩이 제공된다. 반도체 칩은 바람직하게 LED-칩이다.
다음 단계에서 적어도 하나의 편향 소자가 제공된다. 편향 소자의 물질은 반도체 칩의 물질보다 큰 굴절률을 갖는다.
다음 단계에서 반도체 칩과 편향 소자는, 편향 소자의 제 1 측면이 반도체 칩의 측면을 향하도록 배치된다.
선택적인 다음 단계에서 캐리어는 다시 제거될 수 있다.
다음 단계에서 파장 변환 소자가 방출 방향으로 편향 소자와 반도체 칩 다음에 배치된다. 다시 말해서, 파장 변환 소자는 편향 소자의 상부면 및 반도체 칩 다음에 배치된다.
반도체 칩과 편향 소자의 특수한 배치 및 형성에 의해 반도체 칩의 측면으로부터 출사하는 복사는 편향 소자에 의해 편향되고, 편향 소자의 상부면에서 편향 소자로부터 아웃 커플링된다. 반도체 칩으로부터 방출된 복사의 대부분은, 바람직하게는 복사의 90% 이상, 특히 바람직하게 95% 이상, 예를 들어 98%는 파장 변환 소자에 입사하고, 따라서 변환에 이용될 수 있다. 복사 손실은 이로 인해 감소하거나 완전히 방지된다. 따라서 특히 효율적인 소자가 제공된다.
적어도 하나의 실시예에 따라 편향 소자는 프레임 형태로 형성된다. 특히 편향 소자는 반도체 칩을 바람직하게 완전히 둘러싼다. 반도체 칩과 편향 소자는 견고하게, 바람직하게는 영구적으로 서로 연결된다.
반도체 칩과 편향 소자의 연결을 위해 반도체 칩이 편향 소자 내에 삽입되어 편향 소자와 반도체 칩 사이의 형상 끼워 맞춤 결합 방식의 연결이 형성된다. 편향 소자와 반도체 칩 사이의 연결 물질은 이 경우 불필요하다. 따라서 간단하게 전술한 반도체 소자가 제조된다.
이에 대한 대안으로서 편향 소자와 반도체 칩의 연결을 위해 편향 소자 내에 반도체 칩이 삽입되고, 이 경우 편향 소자와 반도체 칩 사이의 재료 응집 방식의 연결을 형성하기 위해 편향 소자와 반도체 칩 사이에 연결층이 배치된다. 반도체 칩이 편향 소자 내에 삽입되기 전에, 연결층이 먼저 편향 소자의 제 1 측면 및/또는 반도체 칩의 측면에 제공될 수 있다. 이에 대한 대안으로서 반도체 칩이 먼저 편향 소자 내에 삽입될 수도 있고, 연결층은 추후에야 반도체 칩과 편향 소자 사이에 배치될 수 있고, 예를 들어 주입될 수 있다. 이로 인해 반도체 칩과 편향 소자 사이의 매우 안정적인 연결이 이루어져 매우 안정적인 소자가 제공된다.
또한 편향 소자는 리소그래피 방법에 의해 형성되는 것도 가능하다. 이 경우 편향 소자는 반도체 칩의 제조 중에 코팅 방법에 의해, 예컨대 스퍼터링, CVD 또는 이와 유사한 방법에 의해 적층된 후에, 예를 들어 반도체 칩의 복사 출사면과 함께 구조화된다. 이로 인해 편향 소자와 반도체 칩 사이의 직접적이고 특히 견고한 연결이 이루어진다.
하기에서 소자 및 방법이 실시예와 해당 도면을 참고로 설명된다.
도 1은 선행기술의 소자를 도시한 측면도.
도 2는 소자를 도시한 측면도.
도 3은 다른 실시예에 따른 소자를 도시한 측면도.
도 4는 여기에 설명된 광전 반도체 소자의 다른 실시예의 측면에서 예시적인 반사 확률을 도시한 도면.
동일한, 동일한 종류의 또는 동일한 작용을 하는 요소들에는 도면에서 동일한 도면부호가 제공된다. 도면 및 도면에 도시된 요소들의 상호 크기 비율은 축척에 맞는 것으로 볼 수 없다. 오히려 개별 요소들은 더 명확한 도시 및/또는 보다 나은 이해를 위해 과도하게 확대 도시될 수 있다.
도 2에 광전 반도체 소자, 줄여서 소자가 도시된다. 소자는 반도체 칩(1), 예를 들어 LED 칩을 포함한다. 반도체 칩(1)은 반도체 물질, 예를 들어 GaN을 포함한다. 반도체 칩(1)은 전자기 복사(6)의 방출을 위한 활성 영역(상세히 도시되지 않음)을 포함한다. 바람직하게 반도체 칩(1)은 컬러광, 예를 들어 청색광을 방출한다.
반도체 칩(1)은 측면(4)을 갖고, 상기 측면은 반도체 칩(1) 둘레에 환형으로 연장된다. 각각의 측면(4)을 환형으로 간주할 수 없으면, 이와 관련해서 반도체 칩(1)의 4개의 측면(4)으로 전제될 수도 있다. 측면(4)은 소자 또는 반도체 칩(1)의 메인 연장 방향에 대해 수직으로 연장된다.
반도체 칩(1)은 또한 서로 대향 배치된 상부면(2)과 하부면(3)을 갖는다. 반도체 칩(1)의 상부면(2)은 이 경우 전자기 복사(6)가 일차적으로 또는 주로 반도체 칩(1)으로부터 방출되는 방향을 갖는, 반도체 칩의 측면이다. 다시 말해서, 상부면(2)은 반도체 칩(1)의 일차 아웃 커플링 면이다.
상부면(2)은 구조화되고, 예를 들어 러프닝된다. 이는 상부면(2)의 에칭, 샌드 블라스팅, 브러싱 또는 그라인딩에 의해 달성될 수 있다. 상부면(2)은 특히 반도체 칩(1)의 하부면(3) 및 측면(4)보다 거칠다. 구조화는 이 경우, 반도체 칩(1)으로부터 광 아웃 커플링을 개선하는 것을 지원한다. 특히 구조화된 상부면(2)으로 인해 복사(6)는 반도체 칩(1)의 상부면(2)으로부터 더 쉽게 출사될 수 있다.
반도체 칩(1)은 복사의 대부분, 즉 적어도 50%, 바람직하게는 80% 이상, 예를 들어 90%를 반도체 칩(1)의 상부면(2)을 향해 방출한다. 반도체 칩(1)은 또한 복사(16)의 일부를 측면 방향으로 방출하므로, 복사(6)의 상기 부분은 반도체 칩(1)의 측면(4)을 통해 출사한다. 예를 들어 반도체 칩(1)은 복사(6)의 50% 이하, 예를 들어 20% 또는 30%를 측면으로 방출한다. 측면(4)은 반도체 칩(1)의 이차 아웃 커플링 면이다.
일차 복사 방향으로 반도체 칩(1) 다음에 배치된 광학 소자, 예를 들어 파장 변환 소자(5)는 도 1에 도시된 소자와 같은 일반적인 소자에서 측면으로 방출된 복사에 의해 조명될 수 없다. 다시 말해서, 반도체 칩(1)의 측면(4)으로부터 출사하는 복사(6)는 일반적인 소자에서 변환에 이용되지 않는다.
상부면(2)으로부터 아웃 커플링된 복사(6)만이 변환에 이용될 수 있다(도 1 참조). 반도체 칩(1)으로부터 측면으로 출사하는 복사(6)는 특히 일반적인 소자의 광수율도 지원하지 않는다. 이로 인해 도 1(선행기술)에 도시된 소자의 효율이 감소한다.
반도체 칩(1)으로부터 측면으로 출사하는 복사(6)에 의한 복사 손실을 줄이거나 저지하기 위해, 도 2의 소자는 편향 소자(7)를 포함한다. 편향 소자(7)는, 반도체 칩(1)에 의해 생성되고 반도체 칩(1)의 측면(4)을 통해 출사하는 복사(6)의 일부를 편향하기 위해, 그리고 특히 반도체 칩(1)의 일차 복사 방향(전방 방향)으로 조정하기 위해 형성되고 배치된다. 이로 인해 반도체 칩(1)으로부터 측면으로 출사된 복사(6)는 다음에 배치된 광학 소자(파장 변환 소자(5))로 향하도록 조정될 수 있고, 이로써 소자의 광수율을 지원한다.
편향 소자(7)와 반도체 칩(1)은 안정화하는 캐리어(11) 상에 배치될 수 있다(도 3 참조). 편향 소자(7)는 적어도 부분적으로 복사 투과성으로 형성된다. 편향 소자(7)는 서로 대향 배치된 제 1 측면(8A)과 제 2 측면(8B)을 갖는다. 제 1 및 제 2 측면(8A, 8B)은 반도체 칩(1)의 측면(4)에 대해 평행하게 배치된다. 제 1 및 제 2 측면(8A, 8B)은 소자 또는 반도체 칩(1)의 메인 연장 방향에 대해 수직으로 연장된다.
편향 소자(7)는 또한 상부면(9)을 갖는다. 상부면(9)은 파장 변환 소자(5)에 대향되도록 형성된다. 상부면(9)은 구조화부를 포함한다. 상부면(9)은 러프닝된다. 특히 상부면은 편향 소자(7)의 측면(8A, 8B) 및 하부면보다 거칠다. 상부면(9)은 샌드 블라스팅, 에칭, 브러싱 및/또는 그라인딩될 수 있다.
편향 소자(7)와 반도체 칩(1)은 서로 나란히 배치된다. 이 실시예에서 편향 소자(7)와 반도체 칩(1)은 직접 서로 인접하게 배치된다. 다시 말해서, 편향 소자(7)의 제 1 측면(8A)은 반도체 칩(1)의 측면에 직접 인접한다. 특히 편향 소자(7)와 반도체 칩(1) 사이에 연결 물질이 제공되지 않는다.
편향 소자(7)는 일체형으로 형성된다. 편향 소자(7)는 측면(4)의 일부에만 형성될 수 있다. 특히 제 1 측면(8A)은 이러한 경우에 반도체 칩(1)의 측면(4)의 일부에만 인접한다. 이는 특히, 복사(6)가 주로 반도체 칩(1)의 측면(4)의 일부에서만 출사하는 경우에 바람직하다.
대안 실시예에서(명료함을 위해 상세히 도시되지 않음) 편향 소자(7)는 프레임 형태로 형성된다. 편향 소자(7)는 이 실시예에서도 일체형으로 형성된다. 이러한 경우에 편향 소자(7)는 반도체 칩(1)을 완전히 둘러싼다. 특히 반도체 칩(1)은 편향 소자(7) 내에 삽입 또는 끼워진다. 따라서 반도체 칩(1)의 측면으로부터 출사하는 모든 복사(6)는 편향 소자(7)에 의해 편향될 수 있다.
편향 소자(7)는 고굴절 방식으로 형성된다. 특히 편향 소자(7)는 반도체 칩(1)의 물질의 평균 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 물질을 포함한다. 예를 들어 편향 소자는 물질로서 TiO2, TeO2 또는 InGaN을 포함한다. 이러한 각각의 물질들은 방출된 복사(6)의 파장이 미리 정해진 경우에(예를 들어 400 nm) 반도체 칩(1)의 물질, 예를 들어 GaN보다 큰 굴절률을 갖는다.
편향 소자(7), 매끄러운 제 2 측면(8B) 및 구조화된 상부면(9)의 물질의 높은 굴절률로 인해 반도체 칩(1)의 측면(4)을 통해 출사하는 복사(6)는 하기에 설명되는 바와 같이 편향 소자(7)에 의해 전방 방향으로 편향된다.
특히 측면(4)으로부터 편향 소자(7)의 제 1 측면(8A)으로 방출된 복사(6)는 편향 소자(7) 내로 진입한다. 광학적으로 더 얇은 매체(반도체 칩(1))로부터 광학적으로 더 두꺼운 매체(편향 소자(7))로 이행 시 복사(6)는 입사 축을 향해 굴절된다. 복사(6)는 계속해서 하나의 지점(10)에서 편향 소자(7)의 제 2 측면(8B)에 입사한다.
편향 소자(7)의 제 2 측면(8B)의 지점(10)에 복사(6)가 입사하는 각도는, 지점(10)을 통과하는 탄젠트 법선과 관련해서, 지점(10)에서 전반사의 임계각보다 크다. 다시 말해서, 복사(6)가 제 2 측면(8B)에 입사하는 지점(10)에서 복사(6)는 전반사된다. 바람직하게는 제 2 측면(8B)에 입사하는 복사의 90% 이상이 전반사된다. 편향 소자(7) 내로 진입된 복사(6)가 제 2 측면(8B)에서 출사하는 것은 이로 인해 거의 저지된다.
복사(6)는 지점(10)에서 편향 소자(7)의 상부면(9)을 향해 반사된다. 상부면(9)의 구조화부로 인해 전반사된 복사의 대부분은 편향 소자(7)의 상부면(9)으로부터 출사한다. 상부면(9)은 즉 편향 소자(7)의 아웃 커플링 면이다. 바람직하게는 전반사된 복사의 90% 이상, 예를 들어 95%, 98% 또는 99%가 편향 소자(7)의 상부면(9)으로부터 출사한다.
편향 소자(7)의 하부면에 후속해서(예를 들어 편향 소자(7)와 캐리어(11) 사이에) 또한 미러 소자 또는 미러층(100)이 배치될 수 있다. 미러층(100)은, 편향 소자(7)의 하부면에 입사하는 복사(6)를 반사하여 편향 소자(7)의 상부면(9)의 방향으로 향하게 하는데 이용된다.
편향 소자(7)의 상부면(9)으로부터 출사하는 복사(6)는, 반도체 칩(1)의 상부면(2)으로부터 방출된 복사(6)처럼 상응하게 형성된 파장 변환 소자(5)에 입사하고, 상기 파장 변환 소자는 반도체 칩(1) 다음에 일차 방출 방향으로 배치된다. 파장 변환 소자(5)는 반도체 칩(1)의 상부면(2)에 대향되도록 배치된다. 편향 소자(7)의 상부면(9)으로부터 출사하는 복사(6)도 파장 변환 소자(5)에 입사할 수 있도록 하기 위해, 파장 변환 소자(5)는 편향 소자(7)의 상부면(9)에 대해 대향 배치되어야 한다. 파장 변환 소자(5)의 폭 또는 수평 연장부는 따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 칩(1)과 편향 소자(7)의 전체 폭에 대략 상응해야 한다.
편향 소자(7)에 의해 반도체 칩(1)에 의해 생성된 복사(6)의 대부분, 예를 들어 90%, 95% 또는 99%가 변환에 이용될 수 있다. 반도체 칩(1)으로부터 측면으로 출사하는 복사에 의한 복사 손실이 감소하거나 완전히 방지된다. 해당 소자는 따라서 특히 효율적이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 소자의 측면도를 도시한다. 소자 및 특히 반도체 칩(1)과 편향 소자(7)의 일반적인 특징에 대해서 전체적으로 도 2의 설명이 참조된다.
도 2에 도시된 실시예와 달리, 이 경우 편향 소자(7)는 반도체 칩(1)에 직접 인접하지 않는다. 특히 제 1 측면(8A)은 반도체 칩(1)의 측면(4)에 바로 인접하지 않는다. 오히려 반도체 칩(1)과 편향 소자(7) 사이에 연결층(12)이 배치된다.
연결층(12)은, 편향 소자(7)를 견고하게 또는 영구적으로 반도체 칩(1)에 연결하기 위해 이용된다. 연결층(12)은 예를 들어 편향 소자(7)와 반도체 칩(1) 사이에 형성된 접착층일 수 있다.
연결층(12)은 반도체 칩(1)의 물질(예를 들어 GaN)의 굴절률보다 작거나 같은 굴절률을 갖는 물질을 포함한다. 또한 연결층(12)의 물질의 굴절률은 편향 소자(7)의 물질의 굴절률보다 작으므로, 복사(6)는 편향 소자(7) 내로 진입 시, 도 2의 소자에서처럼, 다시 광학적으로 더 얇은 매체로부터 광학적으로 더 밀도가 높은 매체로 이행한다.
반도체 칩(1)으로부터 연결층(12)으로 복사의 이행 시 복사는 연결층(12)의 물질의 동일한 굴절률 또는 더 작은 굴절률로 인해 입사축으로부터 멀어지게 굴절되지 않거나 약간만 굴절된다. 연결층(12)으로부터 편향 소자(7)로 복사의 이행 시 복사(6)는 광학적으로 더 두꺼운 매체로 이행하는 경우 다시 입사축을 향해 굴절된다. 편향 소자(7) 내로 진입하는 복사(6)가 지점(10)에서 제 2 측면(8B)에 입사하는 각도는 편향 소자(7)와 반도체 칩(1) 사이에 배치된 연결층(12)에 의해 커진다. 이로 인해 제 2 측면(8B) 상의 지점(10)에서 전반사의 정도는 증가하고, 이로써 소자의 효율이 높아진다. 또한 제 2 측면에서 반사 확률이 높아지는 것도 가능하다.
전술한 소자는 다음과 같이 제조된다(특히 도 2 및 도 3 참조):
제 1 단계에서 전술한 캐리어가 제공된다. 캐리어(11)는 반도체 칩(1)과 편향 소자(7)를 기계적으로 안정화하기 위해 이용된다. 캐리어(11)는 추후에 다시 제거될 수 있다.
다음 단계에서 전술한 반도체 칩(1)이 제공된다. 다음 단계에서 전술한 편향 소자(7)가 제공된다.
다음 단계에서 전술한 파장 변환 소자(5)가 제공된다. 파장 변환 소자(5)는, 반도체 칩(1)과 편향 소자(7)로부터 방출된 복사(6)를 방출된 복사(6)와 다른 파장을 갖는 다른 복사로 적어도 부분적으로 변환하기 위해 형성된다.
또한 다른 광학 소자, 예를 들어 렌즈(상세히 도시되지 않음)가 제공될 수 있고, 상기 렌즈는 편향 소자(7)와 반도체 칩(1)으로부터 방출된 복사를 번들링 하기 위해 형성될 수 있다.
다음 단계에서 반도체 칩(1)과 편향 소자(7)가 캐리어(11) 상에 배치되고 또는 서로에 대해 배치된다. 배치는, 편향 소자(7)의 제 1 측면(8A)이 반도체 칩(1)의 측면(4)을 향하도록 이루어진다.
이를 위해 반도체 칩(1)은 프레임 형태로 형성된 편향 소자(7) 내에 삽입될 수 있고, 따라서 편향 소자(7)와 반도체 칩(1) 사이의 형상 끼워 맞춤 결합 방식의 연결이 형성될 수 있다. 이러한 경우에 연결 수단, 예를 들어 접착제는 불필요하다.
이에 대한 대안으로서 반도체 칩(1)은 프레임 형태의 편향 소자(7) 내에 삽입될 수 있고, 이 경우 편향 소자(7)와 반도체 칩(1) 사이에 연결층(12)이 배치되고, 따라서 편향 소자(7)와 반도체 칩(1) 사이의 재료 응집 방식의 연결이 형성될 수 있다. 연결층(12)은 예를 들어 편향 소자(7) 내에 반도체 칩(1)이 끼워지기 전 또는 삽입되기 전에 편향 소자(7)의 제 1 측면(8A)에 또는 반도체 칩(1)의 측면(4)에 제공될 수 있다. 예를 들어 각각의 측면(8A, 4)에 접착제가 도포될 수 있다. 연결층(12)은 그러나 편향 소자(7) 내에 반도체 칩(1)의 삽입 후에도 반도체 칩(1)과 편향 소자(7) 사이에 삽입될 수 있다.
이에 대한 대안으로서, 편향 소자(7)가 프레임 형태로 형성되지 않는 경우에, 연결층(12)이 제 1 측면(8A)에 및/또는 반도체 칩(1)의 측면(4)의 부분 영역에 제공됨으로써, 편향 소자(7)가 연결층(12)에 의해 반도체 칩(1)에 고정될 수 있다. 그리고 나서 측면들(8A, 4)은 서로 접촉한다.
다음 단계에서 파장 변환 소자(5)가 반도체 칩(1)과 편향 소자(7)로부터 방출된 복사(6)의 빔 경로에 배치된다. 특히 파장 변환 소자(5)는, 편향 소자(7)의 상부면(9)과 반도체 칩(1)의 상부면(2)을 향하도록 배치된다.
도 4에 여기에 설명된 광전 반도체 소자의 2개의 바람직한 실시예의 경우에 광전 반도체 소자를 둘러싸는 공기에 대한 경계면에서 제 1 차수의 계산된 제 1 및 제 2 반사 확률(611, 622)이 반도체 칩의 측면에서 입사각 α의 함수로서 도시된다. 제 1 반사 확률(611)은 도 1과 관련해서 설명된 광전 반도체 소자의 실시예의 경우에 예측되고, 제 2 반사 확률(622)은 도 2와 관련해서 설명된 실시예의 경우에 예측된다. 제 1 반사 확률(611)은 따라서 편향 소자(7)가 제공되지 않은 반도체 칩(1)의 측면(4)에서 측면으로 출사하는 복사(6)의 편향에 대한 확률을 나타낸다. 제 2 반사 확률(622)은 편향 소자(7)의 측면(8B)에서 측면으로 출사하는 복사(6)의 편향에 대한 확률을 나타낸다.
제 2 반사 확률(622)의 계산을 위해, 편향 소자(7)의 측면(8B)에 미러층이 배치되지 않는 것이 전제되었다. 측면으로 출사하는 복사(6)는 따라서 2개의 굴절률 차이만을 겪고, 이 경우 제 1 굴절률 차이는 반도체 칩(1)의 측면(4)에 의해 형성된, 편향 소자(7)에 대한 반도체 칩(1)의 경계면에서 이루어지고, 제 2 굴절률 차이는 편향 소자(7)의 측면(8B)에 의해 형성된, 주변 공기에 대한 편향 소자(7)의 경계면에서 이루어진다. 또한 계산을 위해, 사용된 물질들은 실질적으로 전자기 복사의 흡수가 나타나지 않는 유전체인 것이 전제되었다. 반도체 칩(1)의 물질의 굴절률로서 n=2.6이 전제된 한편, 편향 소자(7)의 물질의 굴절률은 10% 만큼 더 크게 선택되었다. 입사각 α는 23°의 값까지만 기재되어 있는데, 그 이유는 n= 2.6 nm의 굴절률에서 공기로 이행 시 전반사는 입사각 α= 23.58°부터 나타나기 때문이다. 따라서 상기 값보다 큰 입사각 α에 대해 반사 확률(611, 622)은 100%이다. 계산은 제 1 차수로만 이루어졌다. 이는, 편향 소자(7)의 측면(8B) 및/또는 반도체 칩(1)의 측면(4)에서 측면으로 출사하는 복사(6)의 다중 반사에 의해 나타나는 효과는 고려되지 않았음을 의미한다. 이러한 효과는 실질적으로 결과에 영향을 미치지 않을 것이다.
2개의 반사 확률(611, 622)은 2개의 유전체 사이의 경계면에서 반사 확률의 일반적인 곡선을 갖는다. 제 2 반사 확률(622)은 그러나 항상 제 1 반사 확률(611)보다 크다. 이 경우 제 1 반사 확률(611)은 입사각 α이 작을 때 40% 까지 제 2 반사 확률(622)에 비해 40% 만큼 높아진다. 편향 소자(7) 및/또는 반도체 칩(1)의 물질들의 굴절률의 다른 선택에 의해 이러한 증가는 계산된 상기 값보다 훨씬 더 높을 수 있다.
더 높은 제 2 반사 확률(622)은 추측컨대 다음과 같이 설명될 수 있다. 편향 소자(7)가 제공되지 않은 경우에, 측면으로 출사하는 복사(7)는 전반사의 임계각보다 작은 입사각 α로 측면(4)에 입사하고, 측면에서 반사되고, 투과되며, 이 경우 투과된 측면으로 출사하는 복사(6)는 더 이상 이용될 수 없다. 편향 소자(7)가 제공된 경우에, 측면으로 출사하는 복사는 다시 편향 소자(7)의 측면(8B)에서 반사될 수 있다. 편향 소자(7)가 반도체 칩(1)의 물질보다 큰 굴절률을 갖는 물질로 이루어짐으로써, 반도체 칩(1)의 측면(4)에서 더 작은 굴절률 차이로 인해 낮아진, 반도체 칩(1)의 측면(4)에서 반사 확률은 편향 소자(7)의 측면(8B)에서 높아진 반사 확률에 의해 보상된다.
본 출원은 독일 특허 출원 DE 102013102621.4의 우선권을 주장하며, 이의 개시 내용은 본문에서 참조로 포함된다.
본 발명은 실시예들에 따른 기재에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 각 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 이는 특히, 특허 청구 범위에서 특징들의 각 조합을 포함하며, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허 청구 범위 또는 실시예들에 제시되지 않더라도 그러하다.
1 반도체 칩
2 상부면
4 측면
6 복사
5 파장 변환 소자
7 편향 소자
8A 제 1 측면
8B 제 2 측면
9 상부면
11 캐리어

Claims (15)

  1. 광전 반도체 소자에 있어서,
    전자기 복사(6)의 방출을 위한 적어도 하나의 반도체 칩(1)으로서, 상기 반도체 칩(1)은 적어도 하나의 측면(4)을 갖고, 상기 반도체 칩(1)의 작동 시 상기 전자기 복사(6)의 일부는 상기 측면(4)을 통해 출사하는 것인, 적어도 하나의 반도체 칩(1); 및
    복사 투과성으로 형성되는 적어도 하나의 편향 소자(7)
    를 포함하고,
    상기 편향 소자(7)와 상기 반도체 칩(1)은 서로 나란히 배치되고,
    상기 편향 소자(7)는 상기 반도체 칩(1)의 측면(4)에 배치되고,
    상기 편향 소자(7)는 상기 반도체 칩(1)의 반도체 물질의 평균 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 편향 소자(7)는 일체형으로 형성되고, 상기 편향 소자(7)는 상기 반도체 칩(1)의 측면(4)에 환형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 편향 소자(7)는 상기 반도체 칩(1)의 측면(4)을 향한 제 1 측면(8A)과 상기 제 1 측면(8A)에 대향 배치된 제 2 측면(8B)을 갖고, 상기 반도체 칩(1)은, 상기 반도체 칩(1)의 측면(4)으로부터 출사된 상기 복사(6)의 일부가 상기 편향 소자(7)의 제 1 측면(8A)을 지나서 상기 편향 소자(7) 내로 진입하도록 형성되는 것을 특징으로 광전 반도체 소자.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 편향 소자(7)는, 상기 편향 소자(7) 내로 진입한 상기 복사(6)가 상기 편향 소자(7)의 제 2 측면(8B)으로부터 출사하는 것이 감소되거나 저지되도록 형성되어 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 편향 소자(7)는 캐리어(11)를 등지는 상부면(9)을 갖고, 상기 편향 소자(7)는, 상기 반도체 칩(1)으로부터 방출되어 상기 편향 소자(7) 내로 진입한 상기 복사(6)가 상기 편향 소자(7)의 상부면(9)에서 아웃 커플링되도록 형성되어 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 편향 소자(7)의 상부면(9)은 구조화부를 포함하고, 상기 편향 소자(7)의 측면들(8A, 8B)은 상기 상부면(9)보다 매끄럽게 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 칩(1)은 캐리어(11)를 등지는 상부면(2)을 갖고, 상기 반도체 칩(1)은, 상기 반도체 칩(1)으로부터 방출된 상기 복사(6)의 다른 부분이 상기 반도체 칩(1)의 상부면(2)에서 아웃 커플링되도록 형성되고, 상기 반도체 칩(1)의 상부면(2)은 구조화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  8. 제 7 항에 있어서, 적어도 하나의 파장 변환 소자(5)를 더 포함하고, 상기 파장 변환 소자(5)는 상기 반도체 칩(1)의 상부면(2)으로부터 출사하는 복사(6) 및 상기 편향 소자(7)의 상부면(9)으로부터 출사하는 복사(6)를 전자기 이차 복사로 적어도 부분적으로 변환하기 위해 형성되어 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편향 소자(7)는 상기 반도체 칩(1)의 측면(4)에 직접 접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편향 소자(7)와 상기 반도체 칩(1) 사이에 연결층(12)이 배치되고, 상기 연결층(12)은 상기 반도체 칩(1)의 물질의 굴절률보다 작거나 같은 굴절률을 갖는 물질을 포함하고, 상기 연결층(12)의 물질의 굴절률은 상기 편향 소자(7)의 물질의 굴절률보다 작은 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편향 소자(7)는 캐리어(11)를 향한 하부면을 갖고, 상기 편향 소자(7)의 하부면과 상기 캐리어(11) 사이에 및/또는 상기 편향 소자(7)의 제 2 측면(8B)에 미러층(100)이 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 칩(1)은 GaN을 포함하고, 상기 편향 소자(7)는 TiO2, TeO2 또는 InGaN을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 광전 반도체 소자를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    캐리어(11)를 제공하는 단계;
    반도체 칩(1)을 제공하는 단계;
    편향 소자(7)를 제공하는 단계; 및
    상기 편향 소자(7)의 제 1 측면(8A)이 상기 반도체 칩(1)의 측면(4)을 향하도록 상기 반도체 칩(1)과 상기 편향 소자(7)를 상기 캐리어(11) 상에 배치하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광전 반도체 소자를 제조하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 편향 소자(7)는 프레임 형태로 형성되고,
    i) 상기 편향 소자(7)와 상기 반도체 칩(1) 사이의 형상 끼워 맞춤 결합 방식의 연결을 형성하기 위해 상기 반도체 칩(1)은 상기 편향 소자(7) 내에 삽입되거나, 또는
    ii) 상기 편향 소자(7)와 상기 반도체 칩(1) 사이의 재료 응집 방식의 연결을 형성하기 위해, 상기 반도체 칩(1)은 상기 편향 소자(7) 내에 삽입되고, 상기 편향 소자(7)와 상기 반도체 칩(1) 사이에 연결층(12)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 광전 반도체 소자를 제조하기 위한 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 광전 반도체 소자를 제조하기 위한 방법으로서, 편향 소자(7)는 코팅 방법에 의해 반도체 칩(1)의 측면(4)에 직접 적층되는 것을 특징으로 하는, 광전 반도체 소자를 제조하기 위한 방법.
KR1020157026836A 2013-03-14 2014-03-07 광전 반도체 소자 및 광전 반도체 소자를 제조하기 위한 방법 KR20150131075A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013102621.4 2013-03-14
DE102013102621.4A DE102013102621A1 (de) 2013-03-14 2013-03-14 Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements
PCT/EP2014/054479 WO2014139893A1 (de) 2013-03-14 2014-03-07 Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150131075A true KR20150131075A (ko) 2015-11-24

Family

ID=50236205

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157026836A KR20150131075A (ko) 2013-03-14 2014-03-07 광전 반도체 소자 및 광전 반도체 소자를 제조하기 위한 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9923130B2 (ko)
JP (1) JP6279623B2 (ko)
KR (1) KR20150131075A (ko)
CN (1) CN105190920B (ko)
DE (2) DE102013102621A1 (ko)
WO (1) WO2014139893A1 (ko)

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002050800A (ja) * 2000-05-24 2002-02-15 Nichia Chem Ind Ltd 発光装置及びその形成方法
US6630689B2 (en) * 2001-05-09 2003-10-07 Lumileds Lighting, U.S. Llc Semiconductor LED flip-chip with high reflectivity dielectric coating on the mesa
WO2006117710A1 (en) * 2005-04-29 2006-11-09 Koninklijke Philips Electronics N.V. Light source with glass housing
JP4992282B2 (ja) * 2005-06-10 2012-08-08 ソニー株式会社 発光ダイオード、発光ダイオードの製造方法、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイおよび電子機器
CN101043059A (zh) * 2006-03-24 2007-09-26 中国科学院半导体研究所 采用衬底表面粗化技术的倒装结构发光二极管制作方法
CN100568555C (zh) * 2006-09-05 2009-12-09 武汉迪源光电科技有限公司 粗化电极用于高亮度正装led芯片和垂直led芯片
CN101212004A (zh) * 2006-12-31 2008-07-02 东莞高辉光电科技有限公司 一种高亮度固态发光组件的制造方法及发光组件
JP5186800B2 (ja) 2007-04-28 2013-04-24 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体発光素子、これを備える発光装置及び窒化物半導体発光素子の製造方法
CN101226977A (zh) * 2007-12-18 2008-07-23 西安电子科技大学 GaN基发光二极管表面粗化的处理方法
DE102009036621B4 (de) 2009-08-07 2023-12-21 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches Halbleiterbauteil
KR100999779B1 (ko) 2010-02-01 2010-12-08 엘지이노텍 주식회사 발광소자, 발광소자의 제조방법 및 발광소자 패키지
DE102010028407B4 (de) 2010-04-30 2021-01-14 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements
CN101872824A (zh) * 2010-06-07 2010-10-27 厦门市三安光电科技有限公司 侧面具有双反射层的氮化镓基倒装发光二极管及其制备方法
JP5633477B2 (ja) * 2010-08-27 2014-12-03 豊田合成株式会社 発光素子
JP5864367B2 (ja) 2011-06-16 2016-02-17 日東電工株式会社 蛍光接着シート、蛍光体層付発光ダイオード素子、発光ダイオード装置およびそれらの製造方法
JP5777952B2 (ja) * 2011-06-28 2015-09-09 シチズン電子株式会社 発光装置とその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016513877A (ja) 2016-05-16
US9923130B2 (en) 2018-03-20
WO2014139893A1 (de) 2014-09-18
JP6279623B2 (ja) 2018-02-14
DE102013102621A1 (de) 2014-09-18
CN105190920B (zh) 2018-04-03
US20160027976A1 (en) 2016-01-28
DE112014001243A5 (de) 2016-01-14
CN105190920A (zh) 2015-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9893253B2 (en) LED with scattering features in substrate
JP5372766B2 (ja) 光取り出し効率の高い球形ｌｅｄ
US9595636B2 (en) Light emitting device substrate with inclined sidewalls
US20120043568A1 (en) Light-emitting devices with substrate coated with optically denser material
JP2009518874A (ja) 高効率発光ダイオード（ｌｅｄ）
JP2014187397A (ja) テクスチャ化された蛍光体変換層を有する発光ダイオード
US20150243862A1 (en) Light-Emitting Diode and Fabrication Method Thereof
JP4509997B2 (ja) 窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法
US7915621B2 (en) Inverted LED structure with improved light extraction
KR102289345B1 (ko) 구조화된 기판을 갖는 발광 다이오드
KR20090016438A (ko) 광방출 효율이 향상된 레이저 리프트오프 ｌｅｄ
KR20150131075A (ko) 광전 반도체 소자 및 광전 반도체 소자를 제조하기 위한 방법
KR20080028292A (ko) 경사진 측벽 반사면을 갖는 ⅲ―니트라이드계 ｌｅｄ 구조및 그 제조방법
JP7284043B2 (ja) 半導体発光素子
US20240039245A1 (en) Optoelectronic device
US12087893B2 (en) Optoelectronic semiconductor apparatus including an optoelectronic semiconductor device having a carrier with a roughened first main surface and method for manufacturing thereof
KR101039100B1 (ko) Ｌｅｎｓ 및 ｍｉｒｒｏｒ를 구비한 ｌｅｄ 패키지
US20220190222A1 (en) Optoelectronic semiconductor device comprising a dielectric layer and a transparent conductive layer and method for manufacturing the optoelectronic semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination