KR20160141133A - 반도체 발광소자 구조물 및 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법 - Google Patents

반도체 발광소자 구조물 및 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는, 반도체 발광소자 구조물에 있어서, 활성층을 포함하는 반도체 발광소자; 반도체 발광소자의 상부 및 측면을 둘러싸는 제1 봉지제; 제1 봉지제 상부에 위치하는 제2 봉지제; 그리고, 제2 봉지제 하부에 위치하며, 제1 봉지제를 둘러싸고 있는 반사층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

반도체 발광소자 구조물 및 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법{SEMICONDUTOR LIGHT EMITTING DEVICE STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자 구조물에 관한 것으로, 특히 광 효율을 향상시킨 반도체 발광소자 구조물 및 그에 대한 제조방법에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
도 1은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면이다.
반도체 발광소자는 기판(10; 예: 사파이어 기판), 기판(10) 위에, 버퍼층(20), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: n형 GaN층), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예; INGaN/(In)GaN MQWs), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: p형 GaN층)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 전류 확산을 위한 투광성 전도막(60)과, 본딩 패드로 역할하는 전극(70)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에 본딩 패드로 역할하는 전극(80: 예: Cr/Ni/Au 적층 금속 패드)이 형성되어 있다. 도 1과 같은 형태의 반도체 발광소자를 특히 레터럴 칩(Lateral Chip)이라고 한다. 여기서, 기판(10) 측이 패키지에 놓일 때, 장착면으로 기능한다.
도 2는 종래의 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면이다.
반도체 발광소자는 기판(10), 기판(10) 위에, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 기판(10) 측으로 빛을 반사시키기 위한 3층으로 된 전극막(90, 91, 92)이 형성되어 있다. 제1 전극막(90)은 Ag 반사막, 제2 전극막(91)은 Ni 확산 방지막, 제3 전극막(92)은 Au 본딩층일 수 있다. 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(80)이 형성되어 있다. 여기서, 전극막(92) 측이 패키지에 놓일 때, 장착면으로 기능한다. 도 2와 같은 형태의 반도체 발광소자를 특히 플립 칩(Flip Chip)이라고 한다. 도 2에 도시된 플립 칩의 경우 제1 반도체층(30) 위에 형성된 전극(80)이 제2 반도체층 위에 형성된 전극막(90, 91, 92)보다 낮은 높이에 있지만, 동일한 높이에 형성될 수 있도록 할 수도 있다. 여기서 높이의 기준은 기판(10)으로부터의 높이일 수 있다. 열 방출 효율의 관점에서, 래터럴 칩이 플립 칩보다 열 방출 효율이 우수하다. 래터럴 칩이 80~180um의 두께를 가지는 사파이어 기판(10)을 통해 열을 방출해야 하는 반면에, 플립 칩은 활성층(40)에 가깝게 위치하는 금속으로 된 전극(90, 91, 92)을 통해 열을 방출할 수 있기 때문이다.
도 3은 종래의 반도체 발광소자 패키지 또는 반도체 발광소자 구조물의 일 예를 나타내는 도면이다.
반도체 발광소자 구조물(100)은 리드 프레임(110, 120), 몰드(130), 그리고 캐비티(140) 내에 수직형 반도체 발광소자(150; Vertical Type Light Emitting Chip)가 구비되어 있고, 캐비티(140)는 형광체(160)를 함유하는 봉지제(170)로 채워져 있다. 수직형 반도체 발광소자(150)의 하면이 리드 프레임(110)에 전기적으로 직접 연결되고, 상면이 와이어(180)에 의해 리드 프레임(120)에 전기적으로 연결되어 있다. 수직형 반도체 발광소자(150)에서 나온 광의 일부가 형광체(160)를 여기시켜 형광체(160)가 다른 색의 광을 만들어 두 개의 서로 다른 광이 혼합되어 백색광을 만들 수 있다. 예를 들어 반도체 발광소자(150)는 청색광을 만들고 형광체(160)에 여기 되어 만들어진 광은 황색광이며, 청색광과 황색광이 혼합되어 백색광을 만들 수 있다. 도 3은 수직형 반도체 발광소자를 사용한 반도체 발광소자 구조물을 보여주고 있지만 , 도 1 및 도 2에 도시된 반도체 발광소자를 사용하여 도 3과 같은 형태의 반도체 발광소자 구조물을 제조할 수도 있다.
최근에는 반도체 발광소자 구조물의 크기가 소형화되는 경향이 있으며, 이에 도 3과 같은 형태의 반도체 발광소자 구조물보다 칩 크기의 패키지(CSP : Chip Scale Package)에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다.
본 개시는 광 성능이 향상된 구조의 CSP를 제공하고자 한다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자 구조물에 있어서, 활성층을 포함하는 반도체 발광소자; 반도체 발광소자의 상부 및 측면을 둘러싸는 제1 봉지제; 제1 봉지제 상부에 위치하는 제2 봉지제; 그리고, 제2 봉지제 하부에 위치하며, 제1 봉지제를 둘러싸고 있는 반사층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물이 제공된다.
본 개시에 따른 다른 태양에 의하면(According to another aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 플레이트 위에 제1 봉지제를 형성하는 단계; 제1 봉지제 위에 제2 봉지제를 형성하는 단계; 제2 봉지제 위에 전극이 위로 향하도록 반도체 발광소자를 고정하는 단계; 그리고, 제2 봉지제의 측면 및 반도체 발광소자의 측면 일부를 둘러싸도록 반사층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법이 제공된다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 종래의 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자 패키지 또는 반도체 발광소자 구조물의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물의 일 예를 보여주는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 6은 반사층의 역할을 자세히 설명한 도면,
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 하는 방법의 일 예를 도시한 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 하는 방법의 다른 일 예를 도시한 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 4(a)는 본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물(200)의 평면도이고, 도 4(b)는 AA'를 기준으로 한 단면도이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물(200)은 활성층을 포함하는 반도체 발광소자(210), 반도체 발광소자의 상부 및 측면을 둘러싸는 제1 봉지제(220), 제1 봉지제(220) 상부에 위치하는 제2 봉지제(230) 및 제2 봉지제(230) 하부에 위치하며, 제1 봉지제(220)를 둘러싸고 있는 반사층(240)을 포함하고 있다.
반도체 발광소자(210)는 반도체 발광소자 하부에 전극(211)이 위치하는 플립 칩일 수 있다.
제1 봉지제(220)는 에폭시수지, 실리콘수지 중 적어도 하나로 이루어진 투광 수지층일 수 있다. 제1 봉지제(220)는 반도체 발광소자(210)의 상부 및 측면을 둘러싸고 있다. 특히 제1 봉지제(220)는 반도체 발광소자(210)의 측면의 상측 일부를 둘러싸고 있는 것이 바람직하다. 제1 봉지제(220)가 둘러싸고 있지 않은 나머지 반도체 발광소자(210)의 측면의 하측 일부는 반사층(240)이 둘러싸고 있을 수 있다. 이 경우 반사층(240)은 활성층까지 둘러싸고 있는 것이 바람직하다. 자세한 것은 도 6에서 설명한다. 제1 봉지제(220)는 반도체 발광소자(210)와 제2 봉지제(230) 사이의 간격을 떨어뜨리는 역할을 하게 되며, 이를 통해 제1 봉지제(220)는 반도체 발광소자(210)에서 발생되는 빛을 확장시키는 윈도우 및 렌즈 역할을 하여, 반도체 발광소자(210)로부터 나오는 광의 성능을 향상시킨다. 또한 제1 봉지제(220)는 제2 봉지제(230)를 반도체 발광소자(210)에 접착시키는 역할을 할 수 있다.
제2 봉지제(230)는 YAG, Silicate, Nitride 중 적어도 하나로 이루어진 형광체를 포함하고 있는 형광체 수지층일 수 있다. 제2 봉지제(230)는 형광체를 통해 반도체 발광소자(210)로부터 나오는 광을 여기시켜 다른 색의 광을 발광할 수 있다.
반사층(240)은 SiO2, Al2O3, TiO2 등의 산화물 및 이들의 세라믹 미립자가 함유된 고분자 조성물 중 적어도 하나로 이루어진 반사 수지층일 수 있다.
반사층(240)은 반도체 발광소자(210)로부터 나오는 광이 측면으로 빠져 나가는 것을 방지하기 위한 역할을 한다.
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물의 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
도 5(a)는 본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물(300)의 평면도이고, 도 5(b)는 BB'를 기준으로 한 단면도이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물(300)은 활성층을 포함하는 반도체 발광소자(310), 반도체 발광소자의 상부 및 측면을 둘러싸는 제1 봉지제(320), 제1 봉지제(320) 상부에 위치하는 제2 봉지제(330) 및 제2 봉지제(330) 하부에 위치하며, 제1 봉지제(320)를 둘러싸고 있는 반사층(340)을 포함하고 있다. 도 5에 개시된 반도체 발광소자 구조물(300)에서 반도체 발광소자(310), 제1 봉지제(320), 제2 봉지제(330) 및 반사층(340)의 특징은 도 4에 개시된 반도체 발광소자 구조물(200)과 유사하다. 다만 반사층(340)의 일부가 제2 봉지제(330)의 측면을 둘러싸고 있는 것(350)이 도 4에 개시된 반도체 발광소자 구조물(200)과 다르다. 반사층(340)의 일부가 제2 봉지제(330)의 측면을 둘러싸서, 제2 봉지제(330)의 측면으로 빛이 새어나가는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 반사층의 역할을 자세히 설명한 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 본 개시에 따른 반도체 발광소자(200)를 대상으로 반사층(240)의 역할을 설명하고 있지만, 도 5에 도시된 반도체 발광소자(300)에도 적용될 수 있다.
예를 들어 도 6(a)와 같이 플립 칩인 반도체 발광소자(210)의 활성층(212)에서 발광한 빛(250,251,252, 253)은 반도체 발광소자(210)의 측면 및 상부로 나아간다. 이 경우 측면으로 나오는 빛(251)은 반사층(240)에 반사되어 상부로 나갈 수 있지만 일부의 빛(252, 253)은 하부로 빠져나갈 수도 있다. 이에 도 6(a)와 같이 반도체 발광소자(210)의 측면의 하측 일부분이 반사층(240)의 일부(241)에 의해 둘러싸여 있으면, 하부로 빠져나갈 수 있는 빛(252, 253)을 반사시켜 상부로 보냄으로써 광 성능을 향상시킬 수 있다. 특히 도 6(b)와 같이 반사층(240)이 빛이 나오는 활성층(212) 부분을 둘러싸고 있는 것이 바람직하다.
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
먼저 도 7(a)와 같이 플레이트(400) 위에 제2 봉지제(410)를 형성한다. 이후 도 7(b)와 같이 제2 봉지제(410) 위에 제1 봉지제(420)를 형성한다. 이후 도 7(c)와 같이 제1 봉지제(420) 위에 전극(431)이 위로 향하도록 반도체 발광소자(430)를 고정한다. 이 경우 도 7(c)에 도시된 것처럼 제1 봉지제(420)는 반도체 발광소자(430)의 측면의 일부를 둘러싸게 된다. 이후 도 7(d)와 같이 제1 봉지제(420) 및 반도체 발광소자(430)의 측면 일부를 둘러싸도록 반사층(440)을 형성한다. 이후 도 7(e)와 같이 절단선(CC')을 따라 절단하여 개개의 반도체 발광소자 구조물(450)을 얻는다. 도 7의 제조 방법에 의해 만들어진 반도체 발광소자 구조물(450)의 평면도 및 단면도가 도 4에 도시되어 있다.
특히 제2 봉지제(410)를 형성할 때, 제2 봉지제(410)를 완전히 경화시키는 것이 바람직하다. 종래에는 제2 봉지제를 완전히 경화시키지 않은 상태에서 반도체 발광소자를 제2 봉지제에 고정한 후 제2 봉지제를 경화시켜 반도체 발광소자에 제2 봉지제를 접착하였다. 그러나 이 경우에 제2 봉지제가 경화되기 전에 반도체 발광소자를 제2 봉지제에 고정하면서 제2 봉지제의 형상이 일정하게 유지되지 않는 문제가 있었다. 본 개시는 이러한 문제를 해결하기 위하여 제2 봉지제(410)가 완전히 경화된 후 제2 봉지제(410) 위에 제1 봉지제(420)를 도포한 후 제1 봉지제(420) 위에 반도체 발광소자(430)를 고정하였다. 또한 도 7(c)와 같이 제1 봉지제(420)의 일부가 반도체 발광소자(430)의 측면의 일부를 감싸도록 하기 위해, 제1 봉지제(420)가 경화되지 않은 액상 상태 또는 반경화 상태에서 반도체 발광소자(430)를 고정한다. 또한 플레이트(400)는 제2 봉지제(410)가 경화된 이후에는 언제든 제거할 수 있다. 절단선(CC')에 따라 절단하기 전에 플레이트(400)를 제거하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 하는 방법의 다른 일 예를 도시한 도면이다.
먼저 도 8(a)와 같이 플레이트(500) 위에 제2 봉지제(510)를 형성한다. 이후 도 8(b)와 같이 제2 봉지제(510) 위에 제1 봉지제(520)를 형성한다. 이후 도 8(c)와 같이 제1 봉지제(520) 위에 전극(531)이 위로 향하도록 반도체 발광소자(530)를 고정한다. 이 경우 도 8(c)에 도시된 것처럼 제1 봉지제(520)는 반도체 발광소자(530)의 측면의 일부를 둘러싸게 된다. 이후 8(d)와 같이 제2 봉지제(510)에 홈(560)을 만든다. 이후 도 8(e)와 같이 제1 봉지제(520) 및 반도체 발광소자(530)의 측면 일부를 둘러싸고, 홈(560)을 채우도록 반사층(540)을 형성한다. 이후 도 8(f)와 같이 절단선(CC')을 따라 절단하여 개개의 반도체 발광소자 구조물(550)을 얻는다. 도 8의 제조 방법에 의해 만들어진 반도체 발광소자 구조물(550)의 평면도 및 단면도가 도 5에 도시되어 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자 구조물에 있어서, 활성층을 포함하는 반도체 발광소자;반도체 발광소자의 상부 및 측면을 둘러싸는 제1 봉지제; 제1 봉지제 상부에 위치하는 제2 봉지제; 그리고, 제2 봉지제 하부에 위치하며, 제1 봉지제를 둘러싸고 있는 반사층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
(2) 반도체 발광소자는 하부에 전극이 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
(3) 제1 봉지제는 반도체 발광소자의 측면의 상측 일부를 감싸고, 반도체 발광소자의 나머지 측면의 하측 일부는 반사층이 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
(4) 반도체 발광소자의 측면의 하측 일부를 둘러싸고 있는 반사층은 반도체 발광소자의 활성층을 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
(5) 반사층의 일부가 제2 봉지제의 측면을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
(6) 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 플레이트 위에 제2 봉지제를 형성하는 단계; 제2 봉지제 위에 제1 봉지제를 형성하는 단계; 제1 봉지제 위에 전극이 위로 향하도록 반도체 발광소자를 고정하는 단계; 그리고, 제1 봉지제 및 반도체 발광소자의 측면 일부를 둘러싸도록 반사층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법.
(7) 플레이트 위에 제2 봉지제를 형성하는 단계에서 제2 봉지제는 완전히 경화시키는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법.
(8) 제1 봉지제 위에 전극이 위로 향하도록 반도체 발광소자를 고정하는 단계에서 제1 봉지제의 일부가 반도체 발광소자의 측면을 둘러싸도록 하기 위해 반도체 발광소자를 고정할 때 제1 봉지제가 액상 또는 반경화 상태로 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법.
(9) 반사층을 형성하기 전에 제2 봉지제에 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법.
(10) 제2 봉지제에 형성된 홈에 반사층을 채우는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법.
본 개시에 따르면 광 성능이 향상된 CSP를 얻을 수 있다.
본 개시에 따르면 제2 봉지제의 형상이 일정하게 유지되어, 광 성능이 향상된 CSP를 얻을 수 있다.
반도체 발광소자 :150, 210, 310
제1 봉지제 : 220, 320, 420, 520
제2 봉지제 : 230, 330, 410, 510
반사층 : 240, 340, 440, 540
반도체 발광소자 구조물 : 210, 310, 430, 530

Claims (10)

  1. 반도체 발광소자 구조물에 있어서,
    활성층을 포함하는 반도체 발광소자;
    반도체 발광소자의 상부 및 측면을 둘러싸는 제1 봉지제;
    제1 봉지제 상부에 위치하는 제2 봉지제; 그리고,
    제2 봉지제 하부에 위치하며, 제1 봉지제를 둘러싸고 있는 반사층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    반도체 발광소자는 하부에 전극이 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제1 봉지제는 반도체 발광소자의 측면의 상측 일부를 감싸고, 반도체 발광소자의 나머지 측면의 하측 일부는 반사층이 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
  4. 청구항 3에 있어서,
    반도체 발광소자의 측면의 하측 일부를 둘러싸고 있는 반사층은 반도체 발광소자의 활성층을 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    반사층의 일부가 제2 봉지제의 측면을 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
  6. 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법에 있어서,
    플레이트 위에 제2 봉지제를 형성하는 단계;
    제2 봉지제 위에 제1 봉지제를 형성하는 단계;
    제1 봉지제 위에 전극이 위로 향하도록 반도체 발광소자를 고정하는 단계; 그리고,
    제1 봉지제 측면 및 반도체 발광소자의 측면 일부를 둘러싸도록 반사층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    플레이트 위에 제2 봉지제를 형성하는 단계에서 제2 봉지제를 완전히 경화시키는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    제1 봉지제 위에 전극이 위로 향하도록 반도체 발광소자를 고정하는 단계에서 제1 봉지제의 일부가 반도체 발광소자의 측면을 둘러싸도록 하기 위해 반도체 발광소자를 고정할 때 제1 봉지제가 액상 또는 반경화 상태로 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    반사층을 형성하기 전에 제2 봉지제에 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제2 봉지제에 형성된 홈에 반사층을 채우는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 방법.
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