KR20200010132A - 반도체 다이 - Google Patents

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KR20200010132A
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니콜라 베티나 프페페르
쿠인트 반 부르스트 바데르
페터 슈미트
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루미리즈 홀딩 비.브이.
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Abstract

본 발명은 적어도 제1 발광 다이오드(L1) 및 제2 발광 다이오드(L2)를 포함하는 반도체 다이(1)를 설명하는데, 여기서 제1 발광 다이오드(L1)는 제1 다이 영역(A1)에 형성된 제1 다이오드(D1) 및 제1 다이 영역(A1) 위에 퇴적된 제1 인광 층을 포함하고, 제2 발광 다이오드(L2)는 제2 다이오드(D2) 및 제2 다이 영역(A2) 위에 퇴적된 제2 인광 층(P2)를 포함하고, 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)는 반평행으로 전기적 연결되고, 제2 인광 층(P2)의 광학 속성들은 제1 인광 층(P1)의 광학 속성들과 상이하다.

Description

반도체 다이{SEMICONDUCTOR DIE}
본 발명은 반도체 다이, 반도체 다이를 제조하는 방법, 및 이러한 반도체 다이를 포함하는 이미징 모듈을 갖는 전자 디바이스를 설명한다.
발광 다이오드(LED)는 반도체 접합을 포함하고, 따라서 제조 국면들에서의 처리 동안에는 정전기 방전(electrostatic discharge: ESD)에 의해 손상될 수 있을 뿐만 아니라 전기 회로의 일부일 때에도 손상될 수 있다. LED에 대한 또는 LED들의 스트링에 대한 ESD 손상을 피하는 한 가지 방식은 보호 다이오드를 반평행(anti-parallel)(역평행(inverse-parallel)으로 또한 지칭됨)으로 연결하는 것이다. 일부 구현들에서, 보호 다이오드는 제너 다이오드이다. 이러한 보호 다이오드는 일반적으로 ESD 보호 다이오드 또는 과도 전압 억제기(transient voltage suppressor: TVS) 다이오드로서 지칭된다. 2개의 이러한 반평행 다이오드는 그들의 극성이 반전되도록 연결되는데, 즉 어느 한 다이오드의 애노드가 다른 다이오드의 캐소드에 연결된다. 그 다음, 의도하지 않게 역방향 바이어싱된 LED는 그것의 순방향 바이어싱된 TVS 다이오드("보호 다이오드")에 의해 보호된다. 모놀리식 다이는 그 자신의 반평행 보호 다이오드를 갖는 LED를 포함하도록 제조될 수 있는데, 즉, 2개의 반도체 다이오드가 동일한 제조 공정에서 공통 기판 상에 형성된다.
일반적으로, 이러한 반평행 배열에서의 TVS 다이오드의 유일한 목적은 희귀한 ESD 과도 전압 이벤트 시에 역방향 바이어싱된 LED로부터 전류를 우회시키는 것이다. TVS 다이오드는 일반적으로 거의 발생하지 않는 특정 유형의 이벤트에 대한 이러한 하나의 기능만을 완수한다. 이러한 종래 기술의 디바이스에서, 전용이지만 기능적으로 제한된 TVS 보호 다이오드의 제공은 피할 수 없는 비용 요인이 된다. 특히 공간 제약된 소형 디바이스들에서, TVS 다이오드는 다이 공간, 전기적 접촉들 등과 같은 귀중한 자원들을 사용한다.
따라서, 본 발명의 목적은 앞서 요약된 문제들을 회피하는 전기 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구항 1의 반도체 다이에 의해; 반도체 다이를 제조하는 제11항에 따른 방법에 의해; 및 제14항의 전자 디바이스에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 반도체 다이는 적어도 제1 발광 다이오드 및 제2 발광 다이오드를 포함한다. 제1 발광 다이오드는 제1 다이 영역에 형성된 제1 p-n 접합 다이오드 및 제1 다이 영역 위에 퇴적된 제1 인광체 층(phosphor layer)을 포함하고, 제2 발광 다이오드는 제2 다이 영역에 형성된 제2 p-n 접합 다이오드, 및 제2 다이 영역 위에 퇴적된 제2 인광체 층을 포함한다. 본 발명의 반도체 다이에서, 제1 다이오드 및 제2 다이오드는 반평행으로 연결되고, 제2 인광체 층의 광학 특성들은 제1 인광체 층의 광학 특성들과 상이하다.
인광체 층의 광학 특성들("방출 특성들")은 - 즉, 그것이 자신이 흡수하는 파장들 및 자신이 방출하는 파장들을 상향 변환 또는 하향 변환하는지의 여부 - 인광 재료(들)의 선택에 의해 주로 결정된다. 제1 및 제2 인광체 코팅들은 상이한 또는 유사한 층 두께들을 가질 수 있다. 코팅들은 전기 영동 퇴적, 인광체 인쇄 등과 같은 적합한 기술을 이용하여 다이 상으로 패터닝될 수 있다. 대안적으로, 인광체는 세라믹 또는 유리 캐리어에 포함될 수 있고, 그로부터 소판(platelet)들이 절단되어 픽 앤 플레이스(pick-and-place) 공정에서 제각기 다이 영역들 상으로 배치될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, p-n 접합 다이오드들 둘 모두의 층 구조는 본질적으로 동일하며, 따라서 양쪽 다이오드들은 동일한 제조 공정으로부터 비롯된다. 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, InGaN이 짧은 파장을 특징으로 하기 때문에, InGaN을 발광층으로서 사용하여 다이오드들이 실현될 수 있으며, 이는 양쪽 인광체 재료(예를 들어, 가시광 및 적외선)의 여기(excitation)를 낳는다. 대안적으로, 다이오드들이 발광층으로서의 AlGaAs/GaAs로 실현될 수 있는데, 그 이유는 이 재료가 본질적으로 적외선 범위에서 방출하고 다른 파장들은 적절한 결정들 및/또는 나노입자들을 포함할 수 있는 적절한 인광체 층에서 상향 변환될 수 있기 때문이다.
본 발명의 맥락에서, "발광 다이오드"라는 용어는 p-n 접합 다이오드와 해당 p-n 접합 다이오드 상에 퇴적된 인광체 층의 조합으로서 이해되어야 한다. 인광체 층은 단일 인광체 재료 또는 여러 인광체 재료들의 조합을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 인광체 층은 파장 변환을 수행하는데, 즉 이것은 p-n 접합 다이오드에 의해 방출되는 전자기 방사를 흡수하고 상이한 파장에서 전자기 방사를 방출할 것이다. 이하에서, 인광체 층은 하향 변환 효과를 갖는 것으로 가정될 수 있는데, 즉 인광체에 의해 방출된 광의 파장은 그의 p-n 접합 다이오드에 의해 방출된 전자기 방사의 파장보다 길다. 물론, 상향 변환 인광체 층의 사용도 배제되지 않는다.
본 발명은, 반평행 연결된 다이오드들을 포함하는 회로에서, 다이오드들 각각이 다른 다이오드에 대한 ESD 보호를 제공할 수 있는 한편, 각각의 다이오드는 또한 ESD 보호 이외의 기능을 가질 수 있다는 통찰에 기초한 것이다. 따라서, 본 발명의 반도체 디바이스는, 각각이 ESD 보호 이외의 특정 기능을 갖는 2개의 LED를 가지는데, 즉 반평행 쌍 중의 각각의 LED는 특정 응용 기능을 갖는 것은 물론이고 다른 LED에 대한 ESD 보호를 제공하는 작용을 한다. 이러한 이유로, 본 발명의 반도체 다이는 이중 기능 다이로서 설명될 수 있다. 본 발명의 반도체 다이에서, ESD 보호 이외의 기능을 완수하도록 각각의 LED를 실현하는 것은 TVS 보호가 더 이상 피할 수 없는 비용 요인이 아니라는 것을 의미한다; 대신에, TVS 보호가 제2 응용 기능의 모습으로 제공된다.
본 발명에 따르면, 반도체 다이를 제조하는 방법은 제1 다이 영역에 제1 p-n 접합 다이오드를 형성하고 및 제1 다이오드와 제2 다이오드가 반평행으로 연결되도록 제2 다이 영역에 제2 p-n 접합 다이오드를 형성하는 단계; 제1 다이 영역 위에 제1 인광체 층을 퇴적하는 단계; 및 제2 다이 영역 위에 제2 인광체 층을 퇴적하는 단계 - 제2 인광체 층의 조성은 제1 인광체 층의 조성과 상이함 - 를 포함한다.
LED 및 반평행 TVS 다이오드를 포함하는 종래 기술 디바이스에서, 발광 다이오드가 다이 영역의 대부분을 차지하고, TVS 다이오드는 다이 영역의 작은 부분만을 차지한다. 따라서, 경제성의 이유로, 전체 다이 표면은, TVS 다이오드 위의 인광체가 효과적으로 사용되지 않더라도, 단일의 인광체 조성을 포함하는 층으로 보통은 코팅된다. AlGaAs/GaAs를 포함하는 TVS 다이오드는 일반적으로 근적외선 범위에서 방출할 것이다. 따라서, LED가 역방향 바이어스되었다 하더라도, 이 TVS 다이오드에 의해 방출되는 전자기 방사는 인광체 층이 발광하게 야기하지 않을 것이다.
본 발명의 반도체 다이에서, 상이한 인광체 재료가 제2 p-n 접합 다이오드에 전용되는 다이 영역을 커버하기 위해 사용된다. 에피택셜 퇴적 공정 또는 다이 치수들에 대한 상당한 변경 없이, 단순히 상이한 인광체 재료를 사용하여 제2 p-n 접합 다이오드의 다이 영역을 도포하고, 적절한 대로 제1 LED 또는 제2 LED 중 어느 하나를 구동하는 것에 의해 이중-기능 디바이스를 획득하는 것이 가능하다. 제2 LED가 활성화될 때마다(즉, 제1 LED가 역방향 바이어싱됨), 제2 p-n 접합 다이오드에 의해 방출된 전자기 방사는 제2 인광체 층에 의해 "유용한" 파장으로 변환될 것이다.
본 발명에 따르면, 전자 디바이스는 이미징 모듈을 포함하고, 이미징 모듈은 본 발명의 반도체 다이의 실시예를 포함한다. 반도체 다이가 (ESD 보호 외에) 2개의 기능을 완수하도록 실현되기 때문에, 본 발명의 전자 디바이스의 이미징 모듈은 바람직하게는 콤팩트한 방식으로 제조될 수 있다. 반도체 다이의 2개의 LED 임의의 쌍 각각은 특정 기능을 수행하지만, LED들이 반평행으로 연결되기 때문에 (4개 대신에) 2개의 단자 또는 접촉만이 요구된다. 동시에, 각각의 LED는 그 반대 극성 "파트너" LED로부터의 ESD 손상으로부터 보호된다.
종속 청구항 및 다음의 설명은 본 발명의 특히 유리한 실시예들 및 특징들을 개시한다. 실시예들의 특징들은 적절한 대로 조합될 수 있다. 하나의 청구항 카테고리의 맥락에서 설명된 특징들은 또 다른 청구항 카테고리에 동일하게 적용할 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 제1 발광 다이오드 및 제2 발광 다이오드는 상이한 파장 범위들에서 전자기 방사를 방출한다. 예를 들어, 제1 발광 다이오드의 다이오드/인광체 조합은 가시광 범위에서 방출하도록 실현될 수 있는 반면, 제2 발광 다이오드의 다이오드/인광체 조합은 적외선 또는 근적외선 범위에서 방출하도록 실현될 수 있다. 바람직하게는, 제1 다이오드에 의해 방출된 전자기 방사와 제2 다이오드에 의해 방출된 전자기 방사 사이의 파장 차이는 적어도 100nm를 포함하며, 여기서 이 파장 차이는 각각의 범위의 중간점들 간에서 측정되는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 550nm에서의 피크를 갖는 가시광-방출 제1 다이오드와 850nm에서의 피크를 갖는 적외선-방출 제2 다이오드의 경우, 파장 차이는 300nm를 포함한다. 550nm에서의 피크를 갖는 가시광-방출 제1 다이오드와 940nm에서의 피크를 갖는 적외선-방출 제2 다이오드의 경우에, 파장 차이는 390nm를 포함한다.
본 발명의 반도체 다이의 p-n 접합 다이오드들은 다이가 사용될 의도된 응용에 좌우되어 제조될 수 있는데, 즉 공유된 에피택셜 층들의 재료들 및 두께들은 양쪽 다이오드들의 의도된 방출 파장들에 따라 2개의 반평행 연결된 다이오드들에 대해 선택될 수 있다. 예를 들어, 반도체 다이가 주로 광원으로서 사용되는 경우, 제1 다이오드는 가시광 범위의 발광 다이오드로서 형성될 수 있는 반면, 제2 다이오드는 동일한 에피택셜 층들을 이용하여 근적외선에서 방출하는 추가된 기능성을 갖는 TVS 다이오드로서 형성될 수 있다. 제1 다이오드는 전체 다이의 80% 이상을 사용할 수 있는 반면, 제2 다이오드는 나머지 볼륨에서 실현된다. 제2 다이오드(그 주 기능은 제1 LED에 TVS 보호를 제공하는 것임)의 추가 기능성은 적합한 인광체, 예를 들어, 청색 파장들을 적외선 파장들로 변환하는 인광체를 선택함으로써 달성될 수 있다. 제1 또는 "메인" 다이오드가 역방향 바이어싱될 때, 제2 다이오드는 순방향 바이어싱되고 따라서 "on"이고, 제2 LED에 의해 방출되는 적외선 광은 예를 들어 카메라 배열의 초점 보조 적외선 광원으로서, 또는 위조 검출 배열에서 특정 다이들의 검출기로서 사용될 수 있다.
제1 다이오드가 가시 스펙트럼에서 광원으로서 사용되는 경우, p-n 접합은 380 nm-470 nm의 파장 범위에서 광을 방출하도록 실현될 수 있고, 제1 다이 영역에 도포된 인광체 층은 480 nm-800 nm 범위에서 방출하는 하나 이상의 하향 변환 인광체를 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 발광 다이오드 둘 모두는 가시 스펙트럼에서 전자기 방사를 방출한다. 이러한 디바이스는 LED들에 대한 적절한 발사 스케줄을 갖는 이중 컬러 플래시(dual colour flash)로서 사용될 수 있다. 2개의 방출 표면이 나란히 있기 때문에, 적절한 광학 배열이 사용될 수 있는데, 예를 들어, 광각 광을 더 콤팩트한 빔으로 재지향시키는 "광 재활용 광학계"가 사용될 수 있다. 대안적으로, 통상의 기술자에게 익숙한 바와 같이, 투명 창, 확산기, 또는 임의의 적절한 시준기가 사용될 수 있다.
추가 실시예에서, 발광 다이오드 둘 모두는 적외선 스펙트럼의 상이한 영역들에서 전자기 방사를 방출한다. 이러한 디바이스를 위한 응용은 파장 선택적 Li-Fi 또는 안면 인식, 홍채 인식 등일 수 있다. 예를 들어, 940 nm에서 방출하는 제1 LED는 안면 인식을 위해 사용될 수 있고, 850 nm에서 방출하는 제2 LED는 홍채 인식을 위해 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제1 다이오드는 가시 스펙트럼에서 방출하고, 제2 다이오드는 근적외선 범위에서 방출한다. 제1 다이 영역에 도포되는 상향 변환 인광체는 자외선(UV) 범위에서 방출할 것인 반면, 제2 다이 영역에 도포되는 하향 변환 인광체는 적외선(IR) 범위에서 방출한다. 이러한 반도체 다이는 문서 위조 또는 위조 검출 디바이스에서 응용을 찾을 수 있다. 순방향 바이어싱될 때, 제1 다이오드는 UV-형광 염료를 이용하여 인코딩된 정보를 검출하도록 인쇄물을 조명하기 위해 사용될 수 있다. 제2 다이오드가 순방향 바이어싱될 때, 이것은 IR-형광 염료를 이용하여 인코딩된 임의의 정보를 검출하도록 인쇄물을 조명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 관련 영역에서 적절한 염료를 포함하지 못하는 문서 위조가 쉽게 검출될 수 있다.
제조 방법은 반도체 다이의 신뢰성을 보장하고 2가지 응용에 대한 최상의 성능을 보장하는 단계들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법은 제1 다이 영역과 제2 다이 영역 사이에 분리 층을 형성하여 크로스토크(cross-talk)를 방지하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 분리 층은 미러, 흡수 층, 산란 반사 층 등으로서 실현될 수 있다.
앞서 나타낸 바와 같이, 제1 다이 영역의 크기는 제2 다이 영역의 크기와 상이할 수 있다. 이러한 영역들의 크기들 및 치수들은 의도된 응용에 큰 정도로 의존할 수 있으며, 이는 반평행 쌍의 다이오드들에 의해 요구되는 전력을 결정할 것이다. 예를 들어, 반도체 다이가 초점 보조 적외선 광원으로서의 추가 기능성을 갖는 카메라 플래시의 가시 스펙트럼 광원으로서 사용될 것이라면, 제1(가시 스펙트럼 방출) 다이 영역은 제2(적외선 방출) 다이 영역에 비해 비교적 클 수 있다. 다이오드 영역들의 상대적 크기들은 일반적으로 그들의 전력 소비에 의존할 것이다. 제1 LED는 전체 다이의 비교적 큰 직사각형 부분을 점유할 수 있는 반면, 제2 LED는 제1 LED와 1개, 2개, 3개 또는 4개의 측면들상에서 접하도록 더 작은 나머지 영역에 형성될 수 있다.
본 발명의 반도체 다이는 단일 쌍의 반평행 다이오드들로 제한되지 않는다. 동일하게, 반도체 다이는 2개 이상의 그러한 쌍의 반평행 연결된 다이오드들을 포함하도록 제조될 수 있다. 또 다른 종류의 실현에서, 직렬 연결된 LED들의 스트링 또는 병렬 연결된 LED들의 그룹은 설명된 바와 같이 기능적 LED로서도 실현되는 단일 TVS 다이오드에 의해 보호될 수 있다.
본 발명의 반도체 다이는 공간 제약 환경에서, 예를 들어, 스마트폰과 같은 모바일 디바이스에서 사용하기에 매우 적합하다. 디바이스 하우징은 단일 반도체 다이의 2개의 방출 영역을 노출시키기 위해 단일 개구를 포함하도록 설계될 필요만 있다. 더욱이, 다이오드 쌍의 캐소드 단자 및 애노드 단자를 위해 2개의 접촉 패드만이 요구된다. 적합한 멀티플렉서 회로에 의해, 반도체 다이의 2개의 기능은 단일 드라이버로 달성될 수 있는데, 그 이유는 2개의 다이오드 중 하나만이 어느 한 시점에서 활성이기 때문이다. 더욱이, 2개의 접촉 패드만이 본 발명의 반도체 다이 패키지에 의해 요구되기 때문에, 열적 설계 양태는 2개의 개별 LED 패키지의 배열에 비해 단순화된다. 이러한 2개의 분리된 LED 패키지는 납땜성 요건들에 대해 최소 갭들에 의해 분리되어야만 하는 4개의 접촉 패드를 요구하고, 그에 의해 활성 열적 접촉 영역을 희생시킨다. 2개의 이러한 개별 LED 패키지들의 가장 콤팩트한 배열도 2개보다 많은 접촉 패드가 열악한 열적 성능으로 인해 손해를 볼 것이라는 점을 항상 요구할 것이다.
앞서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 반도체 다이는 다양한 종류의 응용에서 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 장면을 조명하기 위한 가시광 방출 LED, 및 초점 보조 기능을 위한 IR 방출 다이오드를 통합하기 위해 카메라 플래시를 설계하는 것이 알려져 있다. 가시광 방출 제1 LED 및 적외선 방출 제2 LED로 실현되는 본 발명의 반도체 다이의 실시예를 이용하여 이러한 카메라 플래시가 실현될 수 있다. 이미징 시퀀스의 초점 보조 국면 동안, 드라이버는 IR 방출 LED를 어드레싱하여 가시광 방출 제1 LED가 역방향 바이어싱되고 따라서 비활성이 되도록 한다. 이미징 시퀀스의 플래시 국면 동안, 드라이버는 가시광 방출 다이오드를 어드레싱하여 IR 방출 LED가 역방향 바이어싱되고 따라서 비활성이 되도록 한다.
본 발명의 반도체 다이는 또한 이중 컬러 카메라 플래시, 예를 들어 더 자연스러운 조명 효과를 달성하기 위해 2개의 약간 상이한 화이트 색상을 사용하는 플래시에 통합될 수 있다.
유사하게, 스마트폰과 같은 모바일 디바이스는 본 발명의 반도체 다이의 실시예를 포함할 수 있고, 반도체 다이의 IR 다이오드를 사용하여 IR 원격 제어 기능, Li-Fi 기능 등을 완수할 수 있다.
본 발명의 반도체 다이는 또한 전체 스펙트럼 분석을 수행하는 디바이스에 통합될 수 있다. 이러한 실시예에서, LED들 중 하나는 UV 스펙트럼을 포함하는 가시광 범위에서 방출할 수 있는 반면, 다른 LED는 적외선 범위에서 방출할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 진짜 문서들 또는 화폐들을 인쇄하기 위해 사용되는 잉크가 그러한 범위(들)에서 형광을 발하는 인광체들을 통합한 경우, 이러한 디바이스는 인쇄된 문서 위조 또는 위조 화폐를 구별하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 반도체 다이는 물체 인식을 위한 가시광 이미지 분석과 조합된 테스트 물체의 화학 분석을 수행하도록 근적외선 분광법을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 목적들 및 특징들은 첨부 도면들과 함께 고려되는 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 도면은 단지 예시의 목적을 위해 그려진 것이고 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 반평행 다이오드 쌍의 회로도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 반도체 다이의 실시예를 도시한다.
도 3은 본 발명의 반도체 다이의 실시예에 대한 예시적인 스펙트럼 쌍을 도시한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 반도체 다이의 실시예들에 대한 단순화된 평면도들을 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 대한 예시적인 회로도를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 전자 디바이스(7)의 실시예를 도시한다.
도 8은 본 발명의 반도체 다이의 추가적인 예시적인 실시예들을 도시한다.
도면들에서, 유사한 참조 부호들은 도면 전체에 걸쳐서 유사한 대상들을 가리킨다. 도면들에서의 대상들은 반드시 일정한 비례로 그려지지는 않았다.
도 1은 발광 다이오드들 L1, L2의 쌍이 반평행 구성으로 배열되는 본 발명의 제1 실시예를 도시한다. 반평행 쌍은 도 2에 예시된 바와 같이 단일 다이(1)(또는 "모놀리식" 다이)로서 형성되는 것으로 가정될 수 있다. 제1 발광 다이오드(L1)는 제1 다이 영역에 형성된 제1 p-n 접합 다이오드(D1) 위에 제1 인광체 코팅(P1)을 도포함으로써 형성되고, 제2 발광 다이오드(L2)는 나머지 다이 영역에 형성된 제2 p-n 접합 다이오드(D2) 위에 제2 인광체 코팅(P2)을 도포함으로써 형성된다. p-n 접합 다이오드들(D1, D2) 및 인광체 층들(P1, P2)의 재료 조성들은, 제1 p-n 접합(D1)이 순방향 바이어싱될 때 방출되는 광이 제2 p-n 접합(D2)이 순방향 바이어싱될 때 방출되는 광과 상이한 파장 범위에 있도록 선택된다.
도 2는 또한 크로스토크를 방지하기 위한 다이오드들(D1, D2) 사이의 분리 층(10)을 나타낸다. 분리 층은 통상의 기술자에게 공지된 대로 미러, 흡수 층, 산란 반사 층 등으로서 실현될 수 있다.
도 3은, X축을 따른 파장(λ나노미터[nm]), 및 Y축을 따른 방출 진폭(임의의 단위[au])을 갖는, 본 발명의 반도체 다이의 실시예의 예시적인 방출 스펙트럼을 도시한다. 제1 발광 다이오드(L1)는 순방향 바이어싱될 때 가시 스펙트럼에서 광을 방출하도록 실현되고, 제1 방출 스펙트럼(31)은 450-650nm 범위의 파장들을 커버한다. 제2 발광 다이오드(L2)는 순방향 바이어싱될 때 적외선 범위에서 광을 방출하도록 실현되고, 제2 방출 스펙트럼(32)은 700-900nm 범위의 파장을 커버한다. 이 예시적인 실시예에서, 파장 차이 Δλ범위 중간점들 사이에서 측정됨)는 약 250nm이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 반도체 다이(1)의 실시예들에 대한 단순화된 평면도들을 도시한다. 도 4는 상기 도 2와 유사한 실시예를 도시하는데, 여기서 제1 다이오드(D1)에 전용인 영역(A1)은 전체 다이 면적의 약 75%인 반면, TVS 다이오드(예를 들어, 제1 LED가 역방향 바이어싱될 때 적외선 다이오드로서 기능하는 것)는 전체 다이 면적의 나머지 25%를 점유한다. 도 5는 제1 다이오드(D1)에 전용인 영역(A1)이 전체 다이 면적의 약 60%인 반면, 제2 다이오드(D2)가 전체 다이 면적의 나머지 40%를 점유하는 실시예를 도시한다. 이러한 실현은 LED들이, 예를 들어 UV/IR 위조 검출을 위해 또는 이중 컬러 플래시에서 사용되는 응용에 대해 적합할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 대한 예시적인 회로도를 도시한다. 반평행 쌍의 발광 다이오드들(L1, L2)을 포함하는 다이(1)는 2개의 전극 접촉부(61, 62)를 갖는 패키지(60) 내에 둘러싸인다. 이 도면은 스위치들(S1, S2, S3), 전압원들(V1, V2), 및 플래시 전류 싱크(C1)의 배열을 도시한다. 스위치들은 전류가 제1 LED L1 또는 제2 LED L2 중 어느 하나를 통해 흐르도록 제어된다.
도 7은 본 발명에 따른 전자 디바이스(7)의 실시예를 도시한다. 디바이스는 이미징 모듈을 포함하는 모바일 폰이다. 이 도면은 이미징 모듈의 카메라 렌즈(70) 및 전술한 반도체 다이(1)의 실시예를 포함하는 플래시 유닛(71)을 도시한다. 따라서, 플래시(71)는 (예를 들어, 장면을 조명하기 위한) 제1 LED(L1) 및 제1 LED(L1)에 대한 TVS 보호로서 주로 역할하지만 홍채 인식, 위조 검출 등과 같은 보조 기능도 또한 갖는 제2 LED(L2)를 갖는다. 본 발명이 바람직한 실시예들 및 변형들의 형태로 개시되었지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 다수의 추가적인 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 8은 본 발명의 반도체 다이(1)의 추가적 예시적인 실시예들을 도시한다. 이 도면의 상부에서, 다이(1)는 본질적으로 정사각형 또는 직사각형의 제1 발광 다이오드(L1)가 좁은 제2 발광 다이오드(L2)에 의해 모든 측면들에서 둘러싸이도록 실현된다. 인광체 영역들(P1, P2)은 그에 따라 형성된다. 이 도면의 하부에서, 다이(1)는 본질적으로 정사각형 또는 직사각형의 제1 발광 다이오드(L1)가 좁은 U 형상의 제2 발광 다이오드(L2)에 의해 3개의 측면에서 둘러싸이도록 실현된다. 인광체 영역들(P1, P2)은 그에 따라 형성된다.
명료성을 위해, 본 출원 전체에 걸친 단수 표현은 복수를 배제하지 않고, "포함하는"은 다른 단계들 또는 요소들을 배제하지 않는다는 것을 이해해야 한다.
참조 부호:
반도체 다이 1
분리 층 10
발광 다이오드 L1, L2
다이오드 D1, D2
인광체 층 P1, P2
제1 스펙트럼 31
제2 스펙트럼 32
파장 차이 Δλ
제1 다이 영역 A1
제2 다이 영역 A2
다이 패키지 60
접촉 패드 61, 62
스위치 S1, S2, S3
전압원 V1, V2
전류 싱크 C1
전자 디바이스 7
카메라 렌즈 70
플래시 배열 71

Claims (15)

  1. 적어도 제1 발광 다이오드(L1) 및 제2 발광 다이오드(L2)를 포함하는 반도체 다이(1)로서,
    상기 제1 발광 다이오드(L1)는 제1 다이 영역(A1)에 형성된 제1 다이오드(D1) 및 상기 제1 다이 영역(A1) 위에 퇴적된 제1 인광체 층(P1)을 포함하고;
    상기 제2 발광 다이오드(L2)는 제2 다이오드(D2) 및 제2 다이 영역(A2) 위에 퇴적된 제2 인광체 층(P2)를 포함하고;
    상기 제1 다이오드(D1) 및 상기 제2 다이오드(D2)는 반평행으로 전기적 연결되고;
    상기 제2 인광체 층(P2)의 광학 특성들은 상기 제1 인광체 층(P1)의 광학 특성들과 상이한 반도체 다이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 발광 다이오드(L1) 및 상기 제2 발광 다이오드(L2)는 상이한 파장 범위들에서 전자기 방사를 방출하는 반도체 다이.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 발광 다이오드(L1)에 의해 방출된 전자기 방사와 상기 제2 발광 다이오드(L2)에 의해 방출된 전자기 방사 사이의 파장 차이(Δλ)는 적어도 200nm, 보다 바람직하게는 적어도 250nm을 포함하는 반도체 다이.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 다이오드(D1, D2)는 다른 다이오드(D1, D2)에 대한 과도 전압 억제기로서 제공되는 반도체 다이.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 발광 다이오드(L1)는 가시 스펙트럼에서 전자기 방사를 방출하는 반도체 다이.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가시 스펙트럼 발광 다이오드(L1)의 상기 인광체 층(P1)은 YAG:Ce; (Y,Lu)AG:Ce 및 (Ba,Sr)2Si5N8:Eu(BSSN); Sr[LiAl3N4]:Eu2+; Eu-활성 Ba-Mg-알루민산염; ZnS:Ag; Sr3MgSi2O8:Eu; Y3-xAl5-yGayO12:Cex(0.002＜x＜0.12 및 0≤y≤0.4); Sr1-x-yCaySiAlN3:Eux(0.001＜x＜0.03 및 0≤y≤1) 중 임의의 것을 포함하는 반도체 다이.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 발광 다이오드들(L1, L2) 둘 모두는 상기 가시 스펙트럼에서 전자기 방사를 방출하는 반도체 다이.
  8. 제6항에 있어서, 발광 다이오드(L2)가 적외선 범위에서 전자기 방사를 방출하는 반도체 다이.
  9. 제8항에 있어서, 상기 적외선 스펙트럼 발광 다이오드(L2)의 상기 인광체 층(P2)은 RE3Ga5-x-yAxSiO14:Cry(RE=La, Nd, Gd, Yb, Tm; A=Al, Sc)(0≤x≤1 및 0.005≤y≤0.1); Gd3-xRExSc2-y-zLnyGa3-wAlwO12:Crz(Ln=Lu, Y, Yb, Tm; RE=La, Nd)(0≤x≤3; 0≤y≤1.5; 0≤z≤0.3; 및 0≤w≤2); AAEM1-xF6:Crx(A=Li, Cu; AE = Sr, Ca; M = Al, Ga, Sc)(0.005≤x≤0.2); A2-x(WO4)3:Crx(A=Al, Ga, Sc, Lu, Yb)(0.003≤x≤0.5); Sc1-x-yAxBO3:Cry(A=Ga, Al, In, Lu, Y, Yb)(0≤x≤1 및 0.005≤y≤0.1) 중 임의의 것을 포함하는 반도체 다이.
  10. 제9항에 있어서, 발광 다이오드들(L1, L2) 둘 모두는 적색 적외선 범위에서 전자기 방사를 방출하는 반도체 다이.
  11. 반도체 다이(1)를 제조하는 방법으로서:
    제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)가 반평행하게 연결되도록 제1 다이 영역(A1)에서 제1 다이오드(D1)를 형성하고 제2 다이 영역(A2)에서 제2 다이오드(D2)를 형성하는 단계;
    제1 발광 다이오드(L1)를 완성하기 위해 상기 제1 다이 영역(A1) 위에 제1 인광체 층(P1)을 퇴적하는 단계; 및
    제2 발광 다이오드(L2)를 완성하기 위해 상기 제2 다이 영역(A2) 위에 제2 인광체 층(P2)을 퇴적하는 단계 - 상기 제2 인광체 층(P2)의 광학 특성들은 상기 제1 인광체 층(P1)의 광학 특성들과 상이함 - 를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 다이 영역(A1)은 총 다이 면적의 적어도 50%, 더 바람직하게는 적어도 75%를 포함하도록 형성되는 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 제1 발광 다이오드(L1)와 상기 제2 발광 다이오드(L2) 사이에 분리 층(10)을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 이미징 모듈을 포함하는 전자 디바이스(7)로서, 상기 이미징 모듈은 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 반도체 다이(1)의 실시예를 포함하는 전자 디바이스.
  15. 제14항에 있어서, 상기 반도체 다이(1)는 상기 이미징 모듈의 카메라 플래시 배열(71)의 일부로서 실현되는 전자 디바이스.
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