KR20180070518A - 화합물 반도체 광소자 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 화합물 반도체 광소자에 있어서, 상면과 상면에 대향하는 하면을 가지며, 상면으로부터 하면을 관통하는 개구를 구비하는 성장 기판; 기판의 상면 측에 성장되는 복수의 반도체층;으로서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층, 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층; 그리고, 개구를 거쳐 복수의 반도체층으로 이어지는 전기적 통로;로서, 적어도 일부가 볼 범퍼로 이루어지는 전기적 통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자에 관한 것이다.
Description
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 화합물 반도체 광소자에 관한 것으로, 특히 다이 본딩 이전에, 와이어 본더를 이용하여 전기적 통로를 형성한 화합물 반도체 광소자에 관한 것이다.
여기서, 화합물 반도체 광소자는 발광소자(Light Emitting Device; LD, LED, etc)와 수광소자(Light Recieving Device; Solar Cell, Photo diode, etc)를 포함한다. 발광소자는 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 반도체 광소자를 의미하며, 대표적으로 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 들 수 있다. 3족 질화물 반도체는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물로 이루어진다.
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 화합물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 화합물 반도체 발광소자는 기판(100; 예; 사파이어 기판), 기판(100) 위에 성장되는 버퍼층(200), 버퍼층(200) 위에 성장되는 제1 반도체층(300; Si-doped GaN), 제1 반도체층(300) 위에 성장되는 활성층(400; 예: (In)GaN/(Al)GaN 다중양자우물구조), 활성층(400) 위에 성장되는 제2 반도체층(500; 예: Mg-doped GaN), 제2 반도체층(500) 위에 형성되는 투광성 전류 확산 전극(600; 예: ITO, Ni/Au), 제2 반도체층(500)과 활성층(400)이 메사 식각되어 노출된 제1 반도체층(300) 위에 형성되는 제1 전극(800; 예: Cr/Ni/Au, Cr/Al/Ni/Au)을 포함한다.
도 2는 미국 공개특허공보 제2007-0153159호에 제시된 화합물 반도체 발광소자 패키지를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면으로서, 화합물 반도체 발광소자(351)가 리드 프레임(354)에 다이 본딩된 다음, 와이어(356)를 이용하여 리드 프레임(354)에 전기적으로 연결된 상태가 도시되어 있다. 이러한 상태에서, 와이어 본딩된 화합물 반도체 발광소자(351)의 광학적 특성 및/또는 전기적 특성이 검사될 때, 불량이 발생한 경우에, 화합물 반도체 발광소자(351)가 이미 리드 프레임(354)에 고정된 상태이므로, 이 불량 문제를 해소하는데 어려움을 겪는다.
본 개시에 따르면, 다이 본딩 이전에, 와이어 본딩된 화합물 반도체 광소자의 광학적 특성 및/또는 전기적 특성을 검사할 수 있어, 이러한 문제를 해소할 수 있게 된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 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 하나의 태양에 의하면(According to another aspect of the present disclosure), 화합물 반도체 광소자에 있어서, 상면과 상면에 대향하는 하면을 가지며, 상면으로부터 하면을 관통하는 개구를 구비하는 성장 기판; 기판의 상면 측에 성장되는 복수의 반도체층;으로서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층, 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층; 그리고, 개구를 거쳐 복수의 반도체층으로 이어지는 전기적 통로;로서, 적어도 일부가 볼 범퍼로 이루어지는 전기적 통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 화합물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 미국 공개특허공보 제2007-0153159호에 제시된 화합물 반도체 발광소자 패키지를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자의 다른 예를 나타내는 도면,
도 5 및 도 6은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 7 및 도 8은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자를 제조하는 방법의 다른 예를 나타내는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자의 다양한 예를 나타내는 도면,
도 10 및 도 11은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자 구현의 일 예를 나타내는 도면,
도 12는 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자 구현의 다른 예를 나타내는 도면,
도 13은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자 구현의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 14는 와이어 본딩의 일 예를 나타내는 사진,
도 15는 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 16은 웨지 본딩의 일 예를 나타내는 사진,
도 17 및 도 18은 도 15에 제시된 인서트를 형성하는 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 19는 볼 범퍼 형태의 인서트를 형성하는 다양한 방법을 예시하는 도면,
도 20은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자의 또 다른 일 예를 나타내는 도면.
도 2는 미국 공개특허공보 제2007-0153159호에 제시된 화합물 반도체 발광소자 패키지를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자의 다른 예를 나타내는 도면,
도 5 및 도 6은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 7 및 도 8은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자를 제조하는 방법의 다른 예를 나타내는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자의 다양한 예를 나타내는 도면,
도 10 및 도 11은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자 구현의 일 예를 나타내는 도면,
도 12는 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자 구현의 다른 예를 나타내는 도면,
도 13은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자 구현의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 14는 와이어 본딩의 일 예를 나타내는 사진,
도 15는 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 16은 웨지 본딩의 일 예를 나타내는 사진,
도 17 및 도 18은 도 15에 제시된 인서트를 형성하는 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 19는 볼 범퍼 형태의 인서트를 형성하는 다양한 방법을 예시하는 도면,
도 20은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자의 또 다른 일 예를 나타내는 도면.
도 3은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 하여 설명한다. 광소자는 기판(10; 예: Al2O3 기판) 위에, 제1 반도체층(30; Si-doped GaN), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예: InGaN/(In)GaN, GaN/AlGaN 다중양자우물구조) 그리고 제2 반도체층(50; Mg-doped GaN)이 형성된다. 바람직하게는 제1 반도체층(30)의 성장에 앞서 버퍼층이 사용될 수 있다. 기판(10)은 상면(11)과 상면(11)에 대향하는 하면(12)을 구비하며, 복수의 반도체층(30,40,50)은 상면(11)에서 성장된다. 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50)은 각각 복수의 층으로 이루어질 수 있고, 양자의 도전성은 바뀔 수 있다(제1 반도체층(30)이 p층이 되고, 제2 반도체층(50)이 n층이 될 수 있다.). 복수의 반도체층(30,40,50)의 Al, In, Ga의 조성을 조절함으로써, 자외선, 청색, 또는 녹색의 광을 발광할 수 있다. 식각되어 노출된 제1 반도체층(30)에 제1 전극(80; 예: Cr/Ni/Au, Cr/Al/Ni/Au)이 구비되며, 제2 반도체층(50)에 제2 전극(70; 예: Cr/Ni/Au, Cr/Al/Ni/Au)이 구비된다. 바람직하게는 제2 반도체층(50)과 제2 전극(70) 사이에 투광성을 가지는 전류 확산 전극(60; 예: ITO, Ni/Au, TCO)이 구비된다. 기판(10)의 하면(12)에는 외부 전기 단자(예: 리드 프레임; 도 2 참조)와 전기적 및 기계적으로 연결(coupling)되는 제1 하부 전극(101)과 제2 하부 전극(201)이 구비될 수 있다. 필요에 따라, 방열 패드(301)가 구비된다. 방열 패드(301)가 생략되고, 제1 하부 전극(101) 및/또는 제2 하부 전극(201)이 기판(10)의 하면(12)에서 길게 이어져서 방열 기능을 하는 것도 가능하다. 필요에 따라, SiO2, TiO2, CaF, MgF, Al, Ag, Pt, Pd, Au, Ni, Ti, Rh 등과 같은 물질로 된 층(85)이 하면(12)과 하부 전극(101,201) 사이에 구비되어 반사막으로 기능할 수 있다. 층(85)은 입사된 빛의 반사성을 향상하기 위해 단일의 고반사 금속막, 다중의 고반사 금속막, 단일의 전기 절연막, 다중의 절연막(DBR(Distributed Bragg Reflector) 또는 ODR(Omni-Directional Reflector), 또는 금속막과 절연막의 조합으로 이루어질 수 있다. 하부 전극(101,201)은 저융점 금속(Sn, In, Bi, Zn, Sb)을 포함한 솔더링(Soldering) 물질; Ag, Cu, Zn, Co, Bi, In, 희토류 금속(Rare Earth Metal) 중 하나 이상을 포함하면서 Sn 주성분으로 하는, 저융점 금속(Sn, In, Bi, Zn, Sb)을 포함한 유텍틱(Eutectic) 물질; Au-Sn, Pd-In, Ni-Sn, Pt-In, Cu-Sn 플럭스(Flux)를 포함한 유텍틱(Eutectic) 물질; Au-Sn, Pd-In, Ni-Sn, Pt-In, Cu-Sn 전기전도 금속 파우더를 포함한 페이스트; Ag-paste 등으로 이루어질 수 있으며, 기본적으로 도전성을 가지는 물질이라면 제약은 없다. 자체로 접합성을 가지지 않는 경우에, 추가적으로 접합성이 우수한 물질을 이용하여 외부 전기 단자와 연결될 수 있다. 바람직하지는 않지만, 하부 전극(101,201)은 생략될 수 있다.
기판(10)에는 상면(11)으로부터 하면(12)으로 이어지는 홀(h1,h2)이 형성되어 있으며, 홀(h1,h2)은 후술하는 바와 같이, 기판(10)의 상면(11)으로부터 형성된 트렌치(401,402)를 형성한 다음, 소자 제조에 필요한 여러 공정을 거친 다음, 기판(10)의 하면(12)을 연마하여 개방시킴으로써 형성된다. 홀(h1,h2)을 관통하여 와이어(100,200)가 구비되어 있으며, 제1 와이어(100)는 제1 하부 전극(101)과 제1 전극(80)을 전기적으로 연결하고, 제2 와이어(200)는 제2 하부 전극(201)과 제2 전극(70)을 전기적으로 연결한다. 이들이 연결되는 방법에 대해서는 후술한다. 바람직하게는 트렌치(401,402) 또는 홀(h1,h2) 내에 고정 물질(501,502)이 구비되어, 와이어(100,200)를 트렌치(401,402) 또는 홀(h1,h2) 내에서 외부의 기계적 충격으로부터 안전하게 고정한다. 고정 물질(501,502)은 반투명(Translucent) 또는 투명(Transparent)한 액상 유전물질(Silicone, Polyimide;PI, BCB, SOG) 등과 같이 반도체 공정에 이미 자주 사용되는 비도전성 물질이 사용될 수 있으며, 또한 액상 유전물질에 TiO2, SiO2 등의 분말(Powder)을 첨가시킨 백색 상태의 혼합물(white SMC; Mold Compound; Silicone+TiO2 Powder)도 가능하며, 스핀 코팅, 스크린 프린팅 등의 방법으로 형성될 수 있다. 또한 고정 물질(501,502)로 전기전도 금속 파우더를 포함한 물질(예: 도전성 페이스트)이 사용될 수 있음은 물론이며, 이때, 트렌치(401,402) 또는 홀(h1,h2) 내의 전기적 연결 및 안전하게 고정시키는 역할 이외, 화합물 반도체 광소자 구동시에 발생하는 다량의 열을 외부로 방출시키는데 역할할 수 있다. (1) 칩을 제조하는 단계에서 와이어 본딩이 이루어지고, 패키지를 제조하는 단계에서는 하부 전극(101,201)을 이용하여 외부 전기 단자(예: 리드 프레임; 도 2 참조)에 결합된다. 따라서, 칩이 외부 전기 단자에 결합되기 이전에, 화합물 반도체 광소자의 광학적 및/또는 전기적 특성을 파악할 수 있게 된다. 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 하면, 기판(10)은 통상 20~600㎛의 두께를 가지며(바람직하게는 50~300㎛, 더욱 바람직하게는 80~200㎛), 복수의 반도체층(30,40,50)은 통상 10㎛ 이하의 두께를 가진다. 기판(10)에 트렌치(401,402) 또는 홀(h1,h2)을 형성하고, 이를 통과하는 와이어(100,200)를 구비함으로써, 패키지를 제조하는 단계에서 와이어 본딩을 행할 때와 실질적으로 동일 또는 유사한 높이를 가지는, 본딩된 와이어를 구현할 수 있고, 따라서 칩 레벨에서 광소자의 광학적 및/또는 전기적 특성을 측정함에도 불구하고, 패키지 레벨의 광소자의 광학적 및/또는 전기적 특성을 예측 및/또는 불량 여부 등을 확인할 수 있게 된다. (2) 또한 트렌치(401,402) 또는 홀(h1,h2) 내에서 와이어 본딩을 이용함으로써, 기상 증착법(스퍼터링, E-beam 증착 등) 및 도금을 이용할 때의 문제점(원자 또는 분자를 쌓아서 전기적 통로를 형성하므로, 조밀성이 떨어지고, 따라서 전기적 안정성을 확보하기 어려움)을 해소하여, 소자의 전기적 안정성을 보장할 수 있게 된다. (3) 또한 외부 전기 단자와의 전기적 연결에는 와이어 본딩을 이용하지 않음으로써(외부 전기 단자와의 전기적 연결에는 하부 전극(101,201)이 이용되며, 와이어(100,200)는 광소자 내의 전기적 연결에만 이용함으로써), 주로 금(Au)을 사용하는 와이어 본딩에 있어, 금(Au)의 사용량을 현격히 줄일 수 있게 된다. 즉, 본 개시에 있어, 와이어(100,200)는 칩-스케일(Chip-scale)에서만 사용되며, 패키지-스케일(Package-scale)에서는 사용되지 않는다. 다른 말로, 본 개시에 있어, 와이어 본딩은 기판(10)의 폭 내에서 이루어진다. (4) 또한 절연 물질로 된 기판(10)에 구비된 트렌치(401,402)를 이용하여 와이어 본딩을 행함으로써, 트렌치의 바닥면이 와이어 본딩 패드로 기능하게 하는 한편, 와이어가 야기할 수 있는 전기적 단락의 문제를 원천적으로 봉쇄할 수 있게 된다. 바람직하게는, 적어도 트렌치(401,402)의 일부(내부 또는 기판 상면의 트렌치 주변)에 트렌치 패드(301,302)가 구비되며, 후술하는 바와 같이, 와이어(100,200)가 트렌치(401,402)에 고정되는 것을 돕는다. 또한 트렌치 패드(301,302)를 반사성이 우수한 금속(예: Ag, Al, Rh 또는 이들의 조합)으로 구성함으로써, 트렌치(401,402)로 인해 광 손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 트렌치 패드(301,302)는 트렌치의 측면에만 구비되어 와이어 본딩의 패드로는 기능하지 않을 수도 있다. 트렌치 패드(301,302)의 최상층을 와이어(100,200) 물질(예: Au, Cu, Pd, Ag, 이들의 합금)에 맞추어 형성함으로써, 와이어(100,200)와의 기계적 결합을 확실히 할 수 있게 된다. 트렌치 패드(301,302)와 트렌치(401,402)에 ODR 또는 DBR과 같은 유전물질로 된 반사막 구조(도시 생략)를 추가할 수 있음은 물론이며, 트렌치 패드(301,302) 자체를 유전물질로 된 ODR 또는 DBR로 구성할 수 있음도 물론이다. 트렌치 패드(301,302)가 각각 대응하는 전극(70,80)과 전기적으로 연결되거나 연속적으로 일체로 구성될 수 있음은 물론이다. 기판(10)으로는 복수의 반도체층(30,40,50)의 성장에 적합한 열팽창계수와 격자상수를 가지는 물질로서, 투광성과 전기 절연성을 가지는 물질이 사용되며, 대표적으로 사파이어 기판이 사용된다. 성장 기판(10)으로 전기 전도성 반도체(예: Si)가 이용되는 경우에, 와이어 본딩되는 와이어(80)와 도통할 수 있어, 별도로 트렌치(401,402)에 절연 코팅을 해야 하는 등의 문제가 있어 바람직하지 않다. 트렌치 패드(301,302)가 기판(10)의 상면(11) 위로 이어질 때, 트렌치 패드(301,302)와 기판(10) 사이에도 절연 코팅을 해야 하므로, 설계상에 많은 제약을 가져온다. 이러한 제약 하에서, 기판(10)으로, AlN, GaN, SiC, ZnO 등의 반도체 물질이 고려될 수 있으며, 전기 절연성이 보장된다면, 사용이 불가능한 것은 아니다. 한편 투광성 기판을 이용함으로써, 도 3에 제시된 소자가 볼륨 에미터(Volume Emitter)로 기능할 수 있다.
도 4는 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자의 다른 예를 나타내는 도면으로서, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 하여 설명한다. 도 3에 제시된 광소자와 달리, 제2 와이어(200)가 제2 전극(70)에 와이어 본딩되지 않고, 기판(10)의 상면(11)에서 제2 트렌치 패드(302)에 와이어 본딩되어 있다. 제2 와이어(200)와 제2 전극(70)의 전기적 연결은 인터커넥션(700)에 의해 이루어진다. 인터커넥션(700)은 반도체 공정에서 잘 알려진 증착 공정(예: 스퍼터링, E-beam 증착)을 통해 형성될 수 있다. 이때, 공정 수의 감소를 위해 제2 전극(70)을 생략하는 것도 가능하지만, 전류 확산 전극(60; 도 3 참조) 또는 제2 반도체층(50; 도 3 참조)과의 오믹 접촉 향상 즉, 소자 전체의 동작전압(Vf)을 안정적으로 낮추기 위해 구비되는 것이 바람직하다. 본 예에서, 상대적으로 높이 차가 큰 제2 전극(70)과의 전기적 연결에 인터커넥션(700)을 이용하였지만, 제1 전극(80)과 제1 와이어(100)의 전기적 연결에 인터커넥션을 이용할 수 있음은 물론이다. 전술한 바와 같이, 기판(10)이 광소자의 두께 대부분을 차지하므로, 트렌치(401,402; 도 3 참조) 내에 와이어를 형성함으로써, 칩 레벨에서, 패키지 레벨의 광학적 특성 및/또는 전기적 특성을 파악할 수 있음은 물론이다. 제1 트렌치(401) 및 제2 트렌치(402) 각각이 복수 개로 구비될 수 있음은 물론이며, 이들 중 일부를 복수의 반도체층(30,40,50)과 연결하지 않음으로써, 즉, 인터커넥션(700)을 형성하지 않음으로써, 방열(Heat Dissipation)에만 기능하도록 구성하는 것도 가능하다. 미설명 부호 1은 보호막(예: SiO2)이다.
도 5 및 도 6은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면으로서, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 하여 설명한다.
먼저, 기판(10) 위에, 복수의 반도체층(30,40,50)을 성장한다.
다음으로, 제2 반도체층(50)과 활성층(40)을 제거하여, 제1 반도체층(30)에 노출 영역(31)을 형성한다.
다음으로, 복수의 반도체층(30,40,50)을 제거하여, 기판(10)을 노출시킨다. 이러한 공정을 아이솔레이션 공정이라 한다.
다음으로, 보호막(1)을 형성한다.
다음으로, 트렌치(401,402)를 형성한다. 트렌치(401402)의 깊이(depth)와 직경(diameter)에 특별히 제한이 있는 것은 아니지만, 20~600㎛의 깊이(일반적으로 200㎛ 이상)와 20㎛ 정도의 폭을 가질 수 있다. 트렌치(401,402)의 갯수는 소자의 크기와 요구되는 사양에 따라 단수 개 또는 복수 개가 될 수 있다. 그 단면의 형상은 사용되는 레이저에 의해 규정되며, 일반적으로 원형에 가깝다.
다음으로, 전류 확산 전극(60)을 형성한다.
다음으로, 트렌치 패드(301,302)를 트렌치(401,402) 내에 형성한다. 제시된 예에서, 제1 전극(80)과 제2 전극(70)이 트렌치 패드(301,302)와 일체로 형성되었다. 즉, 트렌치 패드(301,302)가 트렌치(401,402)로부터 기판(10)의 상면(11)을 거쳐 복수의 반도체층(30,40,50)으로 이어지도록 형성되었다. 이와 달리, 트렌치 패드(301,302)를 생략하고, 제1 전극(80)과 제2 전극(70)을 형성하는 것도 가능하다. 또한, 트렌치 패드(301,302)가 트렌치(401,402)의 바닥면에만 형성되거나, 트렌치(401,402)의 측면에만 형성될 수 있음은 물론이다. 트렌치 패드(301,302)는 반사성이 우수한 물질(Ag, Al, Rh 또는 이들의 조합)로 이루어질 수 있으며, 와이어 본딩에 유리하는 물질(Au, Cu, Pd, Pt, Sn, In, Zn)과 조합하여 이루어질 수도 있다.
다음으로, 와이어 본딩(에: ball bonding)을 통해, 와이어(100,200)를 형성한다. 바람직하게는 와이어 본더를 이용하여 트렌치(401,402) 측에 먼저 본딩을 행하고(1차 와이어 본딩), 제1 전극(80) 및 제2 전극(70) 측을 본딩되게 한다(2차 와이어 본딩). 1차 와이어 본딩을 트렌치(401,402) 내에 행함으로써, 본딩된 와이어가 안정적으로 고정될 수 있으며, 개방된 제1 전극(80) 및 제2 전극(70) 측에 2차 와이어 본딩을 행함으로써, 2차 와이어 본딩이 제약 없이 행해질 수 있다. 또한 와이어(100,200)를 트렌치(401,402) 내에서 본딩없이 투입하여 형성하고, 제1 전극(80) 및 제2 전극(70) 측을 스티치 본딩(stitch bonding)되게 할 수도 있다. 이때 트렌치(401,402) 내 측면에 의해서 임시적으로 와이어(100,200)가 고정될 수 있다.
다음으로 그리고 바람직하게는, 고정 물질(501,502)을 이용하여 트렌치(401,402)를 메운다. 이때 고정 물질(501,502)이 소자 상부 전체를 둘러싸도록 스핀 코팅 등을 할 수 있다. 이어서, 기판(10)의 하면(12)을 연마하여, 트렌치(401,402)가 기판(10)의 하면(12)으로 개방되도록 하여, 홀(h1,h2)이 되도록 한다.
마지막으로, 기판(10)의 하면(12)에 하부 전극(101,201)을 형성하고, 소자를 개별 칩으로 분리한다.
도 7 및 도 8은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자를 제조하는 방법의 다른 예를 나타내는 도면으로서, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 하여 설명한다. 도 5와 트렌치(401,402)를 형성하는 공정까지는 동일하지만, 이후의 공정에 차이가 있다.
본 예에서, 트렌치 패드(301,302)는 기판(10)의 상면(11)까지만 이어지고, 복수의 반도체층(30,40,50)으로는 이어지지 않는다.
다음으로, 전류 확산 전극(60)을 형성한다.
다음으로, 와이어(100,200)가 도 4에 제시된 형태로 형성된다. 이때 와이어(100,200)는 복수의 반도체층(30,40,50) 측으로 형성될 수도 있지만, 그 반대 측으로 형성될 수도 있다. 소자의 크기에 따라 선택될 수 있는 사항이다. 경우에 따라서는 트렌치 패드(301,302)가 기판(10)의 상면(11)에만 형성되어, 트렌치(401.402) 내에는 형성되어 있지 않을 수도 있다.
다음으로, 고정 물질(501,502; 예: 액상 유전물질(Silicone, Polyimide;PI, BCB, SOG))이 형성된다. 이때, 에폭시 계열의 물질로 코팅한 후, 플라즈마 클리너를 이용하여 와이어(100,200)를 노출시킬 수 있다.
다음으로, 인터커넥션(701,702)이 공기 중으로 노출된 와이어(100,200)를, 제1 반도체층(30)와 제2 반도체층(50)과 전기적으로 그리고 물리적으로 이어준다. 여기서 제1 전극(80)과 제2 전극(70)이 생략되었지만, 구비될 수 있음은 물론이다.
다음으로, 기판(10)의 하면(12)을 연마하여, 트렌치(401,402)를 개방한다.
마지막으로, 하부 전극(101,201)을 형성하고, 개별 소자로 분리한다.
도 9는 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자의 다양한 예를 나타내는 도면으로서, 첫 번째 예에서, 트렌치 패드(301,302)가 복수의 반도체층으로 이어지고, 와이어(100,200)가 기판 상면 위의 트렌치 패드(301,302)로 이어진 형태가 제시되어 있고, 두 번째 예에서, 트렌치 패드(301,302)가 기판의 상면으로 이어지고, 와이어(100,200)가 기판 상면 위의 트렌치 패드(301,302)로 이어진 형태가 제시되어 있으며, 세 번째 예에서, 트렌치 패드(301,302)가 복수의 반도체층으로 이어지고, 와이어(100,200)가 복수의 반도체층 위의 트렌치 패드(301,302)로 이어진 형태가 제시되어 있고, 네 번째 예에서, 트렌치 패드(301,302)가 구비되지 않고, 와이어(100,200)가 복수의 반도체 위의 전극(70,80)으로 이어진 형태가 제시되어 있다.
본 개시에 의하면, 개별 소자를 외부 전기 단자와 연결함에 있어(패키지 등을 형성함에 있어), 기존 래터럴 칩의 단점(절연성 성장 기판이 있어 방열에 어려움이 있음, 트렌치에 구비된 와이어를 이용하여 방열이 가능함)을 극복하는 한편, 플립 칩 본딩의 이점을 이용하고(전극이 외부 전기 단자와 직접 접촉하므로 방열이 우수함, 패키지 제작에서 와이어 본딩을 이용하지 않음), 또한 래터럴 칩의 형태를 유지함으로써, 플립 칩의 근본적인 한계(방열 특성이 우수한 소자이지만, 고효율 소자를 구현하기는 어려움)를 극복하고, 나아가 외부 전기 단자와의 연결에 있어, 와이어 본딩을 이용하지 않음으로써, 고가의 와이어의 비용을 현저히 줄일 수 있게 된다.
도 10 및 도 11은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자 구현의 일 예를 나타내는 도면으로서, 제1 전극(80)과 제2 전극(70)이 각각 가지(f1,f2)를 가지는 형태이며, 전극(70,80) 내에 트렌치(401,402)를 형성하고, 각각의 트렌치(401,402)로부터 와이어(100,200)를 이용하여 인접한 본딩 패드(b1,b2)에 전기적으로 연결한다. 이러한 구성을 통해 와이어의 사용량을 현저히 줄일 수 있게 된다. 본딩 패드(b1,b2)는 전극(70,80)의 일부로서 금속으로 형성되며, 트렌치(401,402)에 먼저 1차 와이어 본딩을 하고, 본딩 패드(b1,b2)에 2차 와이어 본딩이 이루어질 수 있다. 2차 와이어 본딩을 위해서 본딩 패드(b1,b2)의 폭(Width)은 사용되는 와이어 직경(Wire Diameter) 보다는 적어도 동등 이상의 너비를 갖는 것이 바람직하다. 반면에 발광소자 경우, 광추출을 극대화하기 위해서는 가지(f1,f2)의 폭(Width)을 최소화해야 하는 상황이어서 후술하는 도 11에서와 같이, 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)의 형상 및 위치, 그리고 여기에 연결된 와이어 형태를 다양하게 설계할 수 있다. 또한 와이어 본딩이 있기 전 또는 후에, 웨이퍼 레벨(Wafer-level) 또는 칩 레벨(Chip-level)에서 개별 칩에 대한 광학적 특성 및/또는 전기적 특성을 측정(Probing)해서 소팅(Sorting)하는 공정이 반드시 필요한데, 이러한 의미에서, 본딩 패드(b1,b2)는 광소자 검사부로 기능한다. 더 바람직하게는 2차 와이어 본딩(예: 스티치 본딩)과 광소자 검사부 기능을 안정적으로 하기 위해서는 본딩 패드(b1,b2) 영역만 제외하고 투명한 전기 절연성 물질(SiO2, SiNx, SiON)로 전체를 보호하는 것이 좋다. 즉, 도 5에 도시된 것과 같은 보호막(1)을 본딩 패드(b1,b2) 주변을 제외한 영역에 형성하는 것이 좋다. 도 11에는 본딩 패드(b1,b2)의 다양한 형상 및 위치와, 여기에 연결된 와이어 형태가 제시되어 있다. 와이어(100,200)가 트렌치(401,402)로부터 전극(70,80)으로 이어짐으로써, 와이어(100,200)에 의한 광 흡수를 최소할 수 있는 이점도 가진다. 즉, 전극(70,80) 위에 와이어(100,200)가 위치함으로써, 전극(70,80)에 의한 빛 흡수는 있을지라도 와이어(100,200)에 의한 빛 흡수는 감소하게 되는 것이다. 가지 전극의 형태가 이용되는 경우에, 가지 전극에 트렌치(401,402)와 본딩 패드(b1,b2)의 형성을 위한 폭 확장부(A)를 형성함으로써, 이러한 구성이 가능해진다. 가지 전극(f1,f2) 및 본딩 패드(b1,b2)가 형성된 부분이 트렌치가 형성된 전극 부분과 분리되고, 와이어에 의해 전기적으로 연결될 수 있음은 물론이며, 가지 전극(f1,f2) 없이 본딩 패드(b1,b2)만 구비될 수 있음도 물론이다.
도 12는 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자 구현의 다른 예를 나타내는 도면으로서, 각각 하나의 하부 전극(101,201)에 대해 복수의 트렌치(401,402)와 복수의 와이어 본딩이 형성된 예가 제시되어 있다.
도 13은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자 구현의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 하나의 기판(10)에 복수 개의 발광부(A,B)가 직렬 또는 병렬로 연결되어 있다. 복수의 발광부(A,B) 모두를 와이어(W1,W2,W3,W4)로 연결해도 좋고, 와이어(W1,W4)와 인터커넥션(C1,C2)의 조합으로 연결해도 좋다. 모두 와이어(W1,W2,W3,W4)로 연결할 때, 기판(10)의 하면(12)에 와이어(W2,W3)를 연결하는 브릿지(B1)가 필요하다.
도 14는 와이어 본딩의 일 예를 나타내는 사진으로서, 볼 본딩(Ball Bonding)의 일 예가 제시되어 있다. 좌측 아래 쪽 사진이 1차 와이어 본딩을 나타내고, 우측 아래 쪽 사진이 2차 와이어 본딩을 나타낸다. 1차 와이어 본딩의 경우에, 와이어 본딩이 시작되는 곳으로, 와이어의 고정을 위해 패드 위에서 못머리(nail head)와 같은 형상을 가지며, 반면 2차 와이어 본딩(예: Stitch Bonding)의 경우에는 와이어를 끊어야 하므로, 패드 위에서 짓눌러진 형상을 가지며, 와이어의 방해없이 상부가 개방된 형태를 가진다. 따라서, 도 3에 도시된 전극(70,80) 또는 도 10에 도시된 본딩 패드(b1,b2)에 2차 와이어 본딩을 행함으로써, 와이어 본딩 후에도 프로빙(probing) 탐침(3; 도 15 참조)을 접촉시켜 칩 레벨에서 광학적 특성 및/또는 전기적 특성의 검사 및 소팅을 행할 수 있게 되는 것이다.
도 15는 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 14와 관련하여 설명된 관점(성장 기판(10)을 관통하는 전기적 통로를 가지며, 2차 와이어 본딩된 전극(70,80) 또는 본딩 패드(b1,b2)를 구비하는 화합물 반도체 광소자)에서, 본 개시는 트렌치(401,402)에는 와이어(100,200)가 구비되지 않는 형태로 확장될 수 있으며, 트렌치(401,402)는 도금, 증착, 도전성 물질의 소결, 도전성 물질의 삽입 등의 방법으로, 도통 가능한 물질이 인서트(503,504)의 형태로 삽입될 수 있다면, 그 물질과 방법에 제한없이 형성될 수 있다. 또한 트렌치(401,402)로부터 홀(h1,h2)이 형성된 것이 아니라, 처음부터 상면(11)으로부터 하면(12)까지 관통되어 있는 개구 내지 홀(h1,h2)의 형태를 가져도 좋다. 바람직하게는, 와이어 본딩을 확실히 하기 위해, 트렌치 패드(301,302)가 구비될 수 있다. 도 15에 제시된 예에서, 트렌치 패드(301,302)는 트렌치(401,402) 위에 구비될 수 있으므로, 단순히 패드라 칭할 수 있다. 트렌치(301,302)의 일부에만 인서트(503,504)가 구비되고 그 위에 트렌치 패드(401,402)가 구비될 수 있으며, 트렌치(301,302)에 트렌치 패드(401,402)을 형성한 다음, 인서트(503,504)을 형성할 수 있음도 물론이다. 또한, 바람직하게는 도 6의 최종 도면에 도시된 바와 같이, 광소자의 상면 전체 걸쳐서 보호막을 형성할 수 있으며, 보호막은 고정 물질(501,502)을 스핀 코팅하거나, SiO2와 같은 유전체 물질을 증착하는 등의 방법으로 형성될 수 있다. 칩 레벨의 검사를 보호막 형성 이후에 하는 경우라면, 전극(70,80) 또는 본딩 패드(b1,b2) 영역은 보호막을 형성하지 않는 것도 가능하다. 예를 들어, 보호막(2; 예: SiO2)을 먼저 형성하고, 와이어(100,200)를 본딩하는 것도 가능하다. 도시된 예에서, 제1 전극(80)이 복수의 반도체층(30,40,50)의 높이보다 낮은 높이로 도시되었지만, 복수의 반도체층(30,40,50)의 에칭(Etching)의 정도와 제1 전극(80)의 구성에 따라 제1 전극(80)이 복수의 반도체층(30,40,50)보다 높은 높이를 가질 수 있다. 트렌치(401,402) 내부에 와이어 본딩하는 경우에, 웨지 본딩(wedge bonding)을 이용하기가 쉽지 않지만, 도 15에서와 같이, 트렌치(401,402)가 인서트(503,503)로 메워진 경우에, 웨지 본딩을 이용하는 것도 가능하며, 이 경우에 전극(70,80) 또는 본딩 패드(b1,b2)는 2차 와이어 본딩되지 않고, 1차 와이어 본딩되는 것도 가능하다. 따라서 광소자 검출부는 볼 본딩의 2차 와이어 본딩으로서 스티치 본딩(Stitich Bonding)되거나 웨지 본딩의 1차 또는 2차 와이어 본딩으로서 웨지 본딩(Wedge Bonding)될 수 있다. 도 16에 웨지 본딩의 일 예를 나타내었다. 도 15에 제시된 기술이 본 개시에 전체에 걸쳐 적용될 수 있음은 물론이다.
화합물 반도체 광소자를 제조하는 방법의 관점에서, 본 개시는 성장 기판(10)에 복수의 반도체층(30,40,50)을 성장시키는 단계; 적어도 일부가 와이어(100,200)로 이루어진 전기적 통로를 성장 기판(10)의 하면(12)으로부터 복수의 반도체층(30,40,50)으로 이어지도록 형성하되, 와이어(100 또는 200)가 복수의 반도체층(30,40,50)의 광소자 검사부(70,80,b1,b2)를 볼 본딩이 아닌 방법으로 와이어 본딩되도록 하는 단계; 와이어가 와이어 본딩된 광소자 검사부(70,80,b1,b2)를 통해 칩 레벨에서(패키지 레벨 이전, 즉 외부 전기 단자에 연결하기 이전에) 광학적 특성 및/또는 전기적 특성을 검사하는 단계;를 포함한다.
도 17 및 도 18은 도 15에 제시된 인서트를 형성하는 방법의 일 예를 나타내는 도면으로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 트렌치 패드(301,302)를 형성하는 공정까지는 동일하게 진행된다. 다만, 인서트(503,504)를 형성함에 있어서, 와이어 본더를 이용한다. 그러나 트렌치(401,402) 내에서 와이어링을 하는 것이 아니라, 볼 범퍼(ball bump)를 형성하여, 인서트(503,504)를 형성한다. 바람직하게는 볼 범퍼 형태의 인서트(503,504)를 플레이트 또는 와이어 본더로 가압함으로써, 평탄화시킨다(coining). 이후 도 15에 도시된 바와 같이, 와이어(100,200)로 인서트(503,504)와 복수의 반도체층(30,40,50)으로 이어진 트렌치 패드(401,402)를 전기적으로 연결한다. 트렌치 패드(301,302)가 복수의 반도체층(30,40,50)으로 이루어진 경우에, 와이어(100,200) 및 코인닝이 생략될 수 있음은 물론이다. 트렌치 패드(301,302)를 트렌치(401,402)에 구비함으로써, 레이저 드릴링되어 거친 표면을 가지는 트렌치(401,402) 내에 볼 범퍼 형태의 인서트(503,504)를 수월하게 삽입하고, 고정할 수 있게 된다. 예를 들어, 트렌치 패드(301,302)는 고반사 금속/배리어 금속/볼 범퍼와 동일한 금속의 적층으로 이루어질 수 있다(예: Al/Ni/Au). 트렌치 패드(301,302)를 SiO2와 같은 비도전성 유전체 물질로 구성하여, 트렌치(401,402)의 거친 표면을 커버할 수 있음도 물론이다. 또한, 트렌치(401,402)의 거친 표면을 해소하기 위해서는 우선적으로 Gas Etchant 활용한 Dry Etching(건식 식각) 또는 용액을 활용한 Wet Etching(습식 식각) 한 다음, 투명한 물질인 SiO2, SiNx, ITO 등을 증착하는 것도 가능하다. 또한, 사파이어 기판 표면을 에칭한 후, SiO2를 증착하고, 반사금속(Al, Ag, 또는 이들의 합금)을 형성한 다음, 배리어 메탈(TiW, Cr, CrN, Ti, TiN, V, VN, W 또는 이들의 합금)을 형성하고, 저융점 금속(Sn, In, Bi, Zn, Sb)을 포함한 솔더링 물질을 형성하는 것도 가능하다. 또한 와이어 본더를 이용하지만, 인서트(503,504)는 와이어링되는 것은 아니므로, 와이어 본딩에 주로 이용되는 Au, Al, Cu, Ag,Pd 등으로 물질을 한정하지 않고, 도전성을 가지는 물질이라면, 다양한 물질(예: Soft 금속(Au, Ag, Pd, Sn, In 포함한 합금))을 사용할 수 있게 된다. 또한, 인서트(503,504)로는 값싼 Al, Cu, Ag, Ag 합금 등을 이용하고, 와이어(100,200)로는 Au를 이용하는 것도 가능하다. 또한, 인서트(503,504)로는 반사율이 높은 Ag 합금을 사용하고, 와이어(100,200)로는 Au, Cu를 이용하는 것도 가능하다. 트렌치 패드(301,302)는 도 6에 제시된 바와 같이, 자체가 전극(70,80)을 형성하거나, 전극(70,80)과 별개로 형성될 수 있다.
도 19는 볼 범퍼 형태의 인서트를 형성하는 다양한 방법을 예시하는 도면으로서, 케이스 1은, 트렌치의 폭이 볼의 폭보다 넓은 경우이다. 이 경우에 볼 범프가 가압 없이도 트렌치 내에 수용될 수 있다. 케이스 2는 케이스 1과 유사하지만, 트렌치의 측벽이 경사져서, 트렌치 내부로 갈수록 폭이 좁아지는 경우이다. 이 경우에 볼 범프의 일부만이 트렌치에 수용된다. 케이스 3은 트렌치의 폭이 볼의 폭보다 좁은 경우이다. 이 경우에 볼 범프가 트렌치 위에 걸친 형태를 가진다. 케이스 4는 케이스 3과 동일하지만, 볼 범프를 가압하여 볼 범프를 트렌치 내로 삽입 및 평탄화한 경우이다. 케이스 5는 트렌치의 폭이 볼의 폭보다 넓은 경우로서, 케이스 1의 과정을 거친 다음, 추가의 볼 범프를 트렌치에 삽입한 예를 나타낸다. 필요에 따라 복수의 볼 펌프는 추가될 수 있다. 케이스 6은 트렌치의 폭이 볼의 폭보다 좁은 경우로서, 케이스 3의 과정을 거친 다음, 다시 와이어 본더에 볼(Free Air Ball)을 형성하여 1차로 형성된 볼 범프를 가압하여 트렌치로 삽입하는 한편, 2차로 형성된 볼 범프를 또한 인서트의 일부로서 형성한 예를 나타낸다.
도 20은 본 개시에 따른 화합물 반도체 광소자의 또 다른 일 예를 나타내는 도면으로서, 이전에 예들에서, 트렌치(401,402)가 인서트(503,504)로 모두 채워져 있는 것과 달리, 트렌치(401,402)의 윗쪽 부분만이 인서트(503,504)로 막힌다. 이후, 하부 전극(101,201)에 의해 전기적 연결이 형성될 수 있으며, 하부 전극(101,201)을 두껍게 형성함으로써, 트렌치(401,402)의 아랫 부분을 메우는 것도 가능하다. 또한 외부 전기 단자(4,5)와의 접합에 이용되는 접합 물질(6)에 의해 트렌치(401,402)의 아랫 부분을 메우는 것도 가능하다. 인서트(503,504)의 물질은 인서트(503,504)를 형성하는데 사용되는 도구에 의해 제약되거나, 비용의 측면에서 제약될 수 있다. 예를 들어, 와이어 본더를 이용하는 경우에, 사용될 수 있는 금속은 현재로서, Au, Al, Cu, Pd, Ag, Ag 합금 등으로 제한된다. 트렌치(401,402)의 하부를 접합 물질(6)로 메움으로써, 열전도성 및/또는 전기 전도성이 우수한 다양한 물질을 이용할 수 있는 가능성이 열리게 된다. 한편 하부 전극(101,201)을 반사율이 우수한 물질(예: Al)을 포함하도록 구성하고, 하부 전극(101,201)이 트렌치(301,402) 내에서 인서트(503,504)와 전기적으로 연결되도록 구성함으로써, 접합 물질(6)에 의한 광흡수를 줄이는 것이 가능하다. 또한 하부 전극(101,201)을 반사성이 우수한 물질(Al, Al 등)/배리어 물질(TiW 등)/솔더링 금속으로 구성함으로써, 외부 전기 단자와의 접촉을 용이하게 하는 한편, 솔더링 금속 및 접합 물질(6)이 트렌치를 통해 복수의 반도체층 측으로 이동하는 것을 방지할 수 있게 되며, 이는 배리어 메탈의 구비는 인서트(503,504)에 의해 트렌치(401,402)의 일부만 메워지는 경우에, 특히 바람직하다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 화합물 반도체 광소자에 있어서, 상면과 상면에 대향하는 하면을 가지는 투광성 기판; 기판의 상면 측에 성장되는 복수의 반도체층;으로서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층, 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층; 기판의 상면으로부터 하면을 향해 형성된 제1 및 제2 트렌치;로서, 기판의 하면이 연마되어 기판의 하면 측으로 개방되는 제1 및 제2 트렌치; 기판의 상면으로부터 기판의 하면 측으로 개방된 제1 트렌치를 거쳐 제1 반도체층으로 이어지는 제1 전기적 통로; 그리고, 기판의 상면으로부터 기판의 하면 측으로 개방된 제2 트렌치를 거쳐 제2 반도체층으로 이어지는 제2 전기적 통로;를 포함하며, 제1 전기적 통로와 제2 전기적 통로 각각은 트렌치 내에서 와이어를 구비하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자. 여기서, 전기적 통로는 하부 전극, 와이어, 트렌치 패드, 인터커넥션, 그리고 제1 전극 및 제2 전극의 조합으로 이루어질 수 있으며, 와이어만으로 이루어질 수 있다.
(2) 제1 전기적 통로의 와이어 및 제2 전기적 통로의 와이어 중의 적어도 하나는 복수의 반도체층으로 이어지는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(3) 제1 전기적 통로의 와이어 및 제2 전기적 통로의 와이어 중의 적어도 하나는 기판의 상면까지 이어지는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(4) 제1 전기적 통로의 와이어 및 제2 전기적 통로의 와이어 각각이 본딩되는 트렌치 패드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(5) 제1 전기적 통로의 트렌치 패드 및 제2 전기적 통로의 트렌치 패드 중의 적어도 하나는 해당 트렌치 내에 구비되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(6) 제1 전기적 통로의 트렌치 패드 및 제2 전기적 통로의 트렌치 패드 중의 적어도 하나는 기판의 상면에 구비되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(7) 제1 전기적 통로의 트렌치 패드 및 제2 전기적 통로의 트렌치 패드 중의 적어도 하나는 복수의 반도체층 위에 구비되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(8) 제1 트렌치 및 제2 트렌치에서, 각각의 와이어를 고정하는 고정 물질;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(9) 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 그리고, 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극;을 포함하며, 제1 트렌치가 제1 전극 내에 위치되고, 제2 트렌치가 제2 전극 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(10) 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 그리고, 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극;을 포함하며, 제1 전극 및 제2 전극 각각으로부터 가지 전극이 뻗어 있고, 각각의 가지 전극에는 가지 전극의 폭이 확장되어 형성되며, 와이어가 본딩되는 본딩 패드가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(11) 제1 전극 및 제2 전극 각각으로부터 가지 전극이 뻗어 있고, 각각의 가지 전극에는 가지 전극의 폭이 확장되어 형성되며, 와이어가 본딩되는 본딩 패드가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(12) 제1 반도체층 위에 구비되는 제1 전극; 그리고, 제2 반도체층 위에 구비되는 제2 전극;을 포함하며, 제1 트렌치가 제1 전극 내에 위치되고, 제2 트렌치가 제2 전극 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(13) 제1 트렌치 및 제2 트렌치는 복수의 반도체층 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(14) 제1 반도체층 위에 구비되는 제1 광소자 검사부; 그리고, 제2 반도체층 위에 구비되는 제2 광소자 검사부;를 포함하는 것을 특징으로 화합물 반도체 광소자.
(15) 기판 하면에서 제1 및 제2 전기적 통로 각각에 형성되는 제1 및 제2 하부 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(16) 제1 및 제2 전기적 통로 중의 하나는 해당 와이어를 복수의 반도체층으로 전기적으로 연결하는 인터커넥션;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(17) 화합물 반도체 광소자에 있어서, 상면과 상면에 대향하는 하면을 가지며, 상면으로부터 하면을 관통하는 개구를 구비하는 성장 기판; 기판의 상면 측에 성장되는 복수의 반도체층;으로서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층, 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층; 기판의 하면으로부터 개구를 거쳐 복수의 반도체층으로 이어지는 전기적 통로;로서, 적어도 일부가 와이어로 이루어지는 전기적 통로; 그리고, 복수의 반도체층과 전기적으로 접촉하며, 전기적 통로를 이루는 와이어가 본딩되어 있는 광소자 검사부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자. 여기서, 개구는 성장 기판(10)에 트렌치(401,402)를 형성한 다음, 성장 기판(10)의 하면(12)을 연마함으로써 형성되거나, 처음부터 성장 기판(10)의 상면(11)으로 하면(12)을 관통하는 드릴링을 함으로써 형성될 수 있다. 전기적 통로는 도 3에 도시된 바와 같이 와이어(100,200)만으로 이루어지거나, 도 15에 도시된 바와 같이 와이어(100,200)와 인서트(503,504)의 조합으로 이루어질 수 있다. 부가적으로 하부 전극(101,201), 트렌치 패드(301,302) 및 고정물질(501,502)을 포함할 수 있다. 광소자 검사부는 도 3 내지 도 13 및 도 15에 도시된 다양한 형태일 수 있으며, 전극(70,80)은 도 3에 도시된 바와 같이, 패드 형상이거나, 도 11에 도시된 바와 같이, 패드와 가지 전극의 조합일 수 있다.
(18) 전기적 통로는 개구 내부에서 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(19) 전기적 통로는 개구 내부에 도전성 물질로 된 인서트;를 포함하며, 와이어는 개구 외부에서 인서트에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(20) 전기적 통로는 트렌치 패드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(21) 트렌치 패드는 개구 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(22) 복수의 반도체층에 전기적으로 연결되는 전극;을 포함하며, 광소자 검출부는 전극의 일부인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(23) 전극은 가지 전극;과 가지 전극의 폭이 확장되어 형성되는 본딩 패드;를 포함하며, 본딩 패드가 광소자 검출부로 기능하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(24) 개구는 전극 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(25) 전극은 가지 전극;과 가지 전극의 폭이 확장되어 형성되는 본딩 패드;를 포함하며, 본딩 패드가 광소자 검출부로 기능하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(26) 광소자 검사부는 스티치 본딩 또는 웨지 본딩되어 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(27) 광소자 검사부는 2차 와이어 본딩되어 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(28) 화합물 반도체 광소자에 있어서, 상면과 상면에 대향하는 하면을 가지며, 상면으로부터 하면을 관통하는 개구를 구비하는 성장 기판; 기판의 상면 측에 성장되는 복수의 반도체층;으로서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층, 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층; 그리고, 개구를 거쳐 복수의 반도체층으로 이어지는 전기적 통로;로서, 적어도 일부가 볼 범퍼로 이루어지는 전기적 통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자. 여기서, 개구는 성장 기판을 관통하는 홀이며, 트렌치를 형성한 다음 성장 기판의 하면을 연마함으로써 형성되거나, 처음부터 성장 기판을 관통하는 형태로 형성될 수 있다. 개구가 처음부터 성장 기판을 관통하는 경우에, 성장 기판의 두께는 3족 질화물 반도체 발광소자를 기준으로 할 때, 300㎛ 이상인 것이 일반적이며, 이러한 깊은 개구에는 와이어링을 하기가 쉽지 않다. 볼 범프를 이용함으로써, 이러한 문제점을 해소하는 것이 가능하다. 개구가 처음부터 성장 기판을 관통하지 않더라도 최종적 제조되는 화합물 반도체 광소자의 기판이 두꺼운 경우에, 볼 범퍼는 유용한 수단이 될 수 있다. 전기적 통로는 하부 전극, 트렌치 패드, 볼 범프 형태의 인서트, 와이어, 인터커넥션, 그리고 전극의 조합으로 이루어질 수 있다.
(29) 전기적 통로는 개구가 볼 범퍼로 메워져 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(30) 전기적 통로는 개구의 윗쪽 부분이 볼 범퍼로 막혀 있고, 성장 기판의 하면 측에서 형성되며, 개구의 내부에서 볼 범퍼와 전기적으로 연결되는 하부 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(31) 전기적 통로는 트렌치 패드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(32) 개구와 볼 펌프 사이에 개재되며, 개구 내부에 구비되는 트렌치 패드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(33) 개구와 볼 범프 사이에 개재되며, 볼 범프와 복수의 반도체층을 전기적으로 연결하는 트렌치 패드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(34) 전기적 통로는 복수의 반도체층에 전기적으로 연결되는 전극;을 포함하며, 개구는 전극 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(35) 전기적 통로는 볼 범프와 복수의 반도체층을 전기적으로 연결하는 와이어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(36) 개구는 복수의 반도체층 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(37) 전기적 통로는 복수의 반도체층에 전기적으로 연결되는 전극;을 포함하며, 개구는 전극 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(38) 볼 범퍼의 상면이 평탄화되어 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
(39) 화합물 반도체 광소자에 있어서, 상면과 상면에 대향하는 하면을 가지며, 상면으로부터 하면을 관통하는 개구를 구비하는 성장 기판; 기판의 상면 측에 성장되는 복수의 반도체층;으로서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층, 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층; 그리고, 개구를 거쳐 복수의 반도체층으로 이어지는 전기적 통로;로서, 적어도 일부가 볼 범퍼로 이루어지는 전기적 통로;를 포함하는 화합물 반도체 광소자를 제조하는 방법에 있어서, 볼 범퍼를 와이어 본더를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 제조하는 방법.
(40) 상기 제조 방법에 있어서, 트렌치 패드를 통해 개구에 형성한 다음, 볼 범퍼를 개구에 삽입하는 것을 특징으로 하는 제조하는 방법.
본 개시에 따른 하나의 화합물 반도체 광소자에 의하면, 다이 본딩 이전에 와이어 본딩된 화합물 반도체 광소자의 광학적 특성 및/또는 전기적 특성을 검사할 수 있게 된다.
본 개시에 따른 다른 하나의 화합물 반도체 광소자에 의하면, 트렌치를 이용하여 기판에 홀을 만들고 이 홀을 통해 전류를 공급함으로써, 소자의 열 방출을 용이하게 하는 한편, 고효율 소자를 제공할 수 있게 된다.
본 개시에 따른 다른 하나의 화합물 반도체 광소자에 의하면, 트렌치를 이용하여 기판에 홀을 만들고 이 홀을 통해 전류를 공급함으로써, 고효율 볼륨 에미터를 제조할 수 있게 된다.
본 개시에 따른 또 다른 하나의 화합물 반도체 광소자에 의하면, 트렌치를 이용하여 기판에 홀을 만들고 이 홀을 통해 전류를 공급함으로써, 와이어 본딩에 이용되는 금의 소모를 현저히 줄일 수 있게 된다.
기판(10), 제1 반도체층(30), 활성층(40), 제2 반도체층(50), 트렌치 패드(301,302), 트렌치(401,402)
Claims (11)
- 화합물 반도체 광소자에 있어서,
상면과 상면에 대향하는 하면을 가지며, 상면으로부터 하면을 관통하는 개구를 구비하는 성장 기판;
기판의 상면 측에 성장되는 복수의 반도체층;으로서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층, 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층; 그리고,
개구를 거쳐 복수의 반도체층으로 이어지는 전기적 통로;로서, 적어도 일부가 볼 범퍼로 이루어지는 전기적 통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자. - 청구항 1에 있어서,
전기적 통로는 개구가 볼 범퍼로 메워져 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자. - 청구항 1에 있어서,
전기적 통로는 개구의 윗쪽 부분이 볼 범퍼로 막혀 있으며,
성장 기판의 하면 측에서 형성되며, 개구의 내부에서 볼 범퍼와 전기적으로 연결되는 하부 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자. - 청구항 1에 있어서,
전기적 통로는 트렌치 패드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자. - 청구항 1에 있어서,
개구와 볼 펌프 사이에 개재되며, 개구 내부에 구비되는 트렌치 패드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자. - 청구항 1에 있어서,
개구와 볼 범프 사이에 개재되며, 볼 범프와 복수의 반도체층을 전기적으로 연결하는 트렌치 패드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자. - 청구항 1에 있어서,
전기적 통로는 복수의 반도체층에 전기적으로 연결되는 전극;을 포함하며,
개구는 전극 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자. - 청구항 1에 있어서,
전기적 통로는 볼 펌프와 복수의 반도체층을 전기적으로 연결하는 와이어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자. - 청구항 1에 있어서,
개구는 복수의 반도체층 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자. - 청구항 9에 있어서,
전기적 통로는 복수의 반도체층에 전기적으로 연결되는 전극;을 포함하며,
개구는 전극 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자. - 청구항 1에 있어서,
볼 범퍼의 상면이 평탄화되어 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 광소자.
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| JP2004200398A (ja) * | 2002-12-18 | 2004-07-15 | K-Tech Devices Corp | 導電性ボールが端子と接続された電子部品及びその製造法 |
| KR20100034797A (ko) * | 2008-09-25 | 2010-04-02 | 주식회사 에피밸리 | 3족 질화물 반도체 발광소자 |
| KR20110043823A (ko) * | 2009-10-22 | 2011-04-28 | 주식회사 세미콘라이트 | 반도체 발광소자 |
-
2018
- 2018-03-15 KR KR1020180030003A patent/KR102437209B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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