WO2016010378A1 - 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용한 발광 소자 제조 방법 및 그것에 의해 제조된 발광 소자 - Google Patents

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WO2016010378A1
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WO
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light emitting
emitting device
layer
wavelength conversion
semiconductor structure
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장종민
이희섭
채종현
서대웅
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Seoul Viosys Co Ltd
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Seoul Viosys Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/857—Interconnections, e.g. lead-frames, bond wires or solder balls

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a method of manufacturing a light emitting device for forming a wavelength conversion part including a phosphor using a wafer level package process and a light emitting device manufactured using the same.
  • LEDs Light emitting diodes
  • LEDs are solid state devices that convert electrical energy into light and generally comprise an active layer of one or more semiconductor materials sandwiched between layers doped with opposite conductivity type impurities. When a bias is applied across these doped layers, electrons and holes are injected into the active layer and recombine to generate light.
  • the light emitted from the LED is converted into white light using a phosphor.
  • the phosphor converts some of the blue light emitted from the LED into yellow light, and the yellow light is mixed with the blue light emitted from the LED to realize white light.
  • the light emitting diode is usually finally used as a light emitting diode module.
  • a light emitting diode module generally manufactures a light emitting diode chip having an electrode and is manufactured through a packaging process and a module process.
  • a process technology for forming a wavelength conversion part includes a stencil process, an imprint process, a spin coating process, and a spray process.
  • the wavelength conversion layer is formed on the semiconductor layer, it is difficult to uniformly coat the wavelength conversion portion including the phosphor on the side of the semiconductor layer. Accordingly, the light emitted to the side of the semiconductor layer is emitted to the outside without uniform wavelength conversion. Therefore, it is difficult to realize uniform mixed color light such as white light.
  • the wavelengths of light emitted from each of the individual light emitting diodes divided from a single wafer are different, the amount of phosphor required to make the light emitted from the active layer into white light of the same wavelength is different for each light emitting diode. Therefore, in order to realize the white light having the same wavelength, a process of disposing a wavelength conversion part including different amounts of phosphors in each light emitting diode is required, which requires a lot of process time and cost.
  • An object of the present invention is to provide a light emitting device manufacturing method having a wavelength conversion portion using a wafer level package process.
  • Another object of the present invention is to provide a light emitting device manufacturing method capable of uniformly controlling color coordinates of light emitting devices manufactured by a wafer level package process.
  • Another object of the present invention is to provide a light emitting device manufacturing method capable of uniformly forming the wavelength conversion portion on the side of the nitride-based semiconductor structure.
  • Another object of the present invention is to provide a light emitting device that can be manufactured using a wafer level package process.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide a light emitting device having improved thickness and reliability by having a wavelength conversion portion having a uniform thickness on the side of the nitride-based semiconductor structure.
  • Another object of the present invention is to provide a wavelength converting part including a phosphor on a semiconductor structure, and uniformly form a wavelength converting part on a side of the semiconductor structure, and emit light characteristics of each light emitting diode, for example, light emission.
  • the present invention provides a light emitting device manufacturing method in which the amount of phosphor may be differently included depending on the wavelength, the light emission intensity, and the like, and the manufacturing process is simple.
  • a method of manufacturing a light emitting device includes a nitride based semiconductor including a first semiconductor layer, a second semiconductor layer and an active layer disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer on a growth substrate. Forming a structure, forming first metal bumps and second metal bumps on the semiconductor structure, mounting first metal bumps and second metal bumps on a support substrate, and forming the nitride based semiconductor structure. Etching to separate the light emitting regions.
  • the method of manufacturing the light emitting device includes preparing a lens unit having grooves corresponding to the plurality of light emitting regions, and forming a wavelength conversion unit in the grooves of the lens unit.
  • the method of manufacturing the light emitting device includes attaching the lens unit on the light emitting regions such that the wavelength conversion portions respectively correspond to the plurality of light emitting regions.
  • the package process is performed at the wafer level in a form in which the wavelength conversion portion is coated, process efficiency can be improved.
  • the forming of the wavelength converting part may include adjusting the wavelength converting property of the wavelength converting parts formed in the grooves of the lens part based on the optical characteristics of the plurality of light emitting regions.
  • the wavelength conversion characteristic may be adjusted by the thickness of the wavelength conversion portion or the amount of the phosphor contained in the wavelength conversion portion. Through this, it is possible to uniformly control the optical characteristics, such as color coordinates of the light emitting devices manufactured by the wafer level package process.
  • the lens unit and the light emitting regions may be attached to cover the at least a portion of the side surface of the light emitting region with a uniform thickness.
  • the light emitted from the side of the nitride based semiconductor structure can be converted to light having the same wavelength as the light emitted to the upper surface, so that the reliability and light efficiency of the light emitting device can be improved.
  • the manufacturing method may further include forming an adhesive layer on the support substrate before attaching the lens unit.
  • the method may further include forming a reflective layer between the light emitting regions and on the adhesive layer before attaching the lens unit and the light emitting regions.
  • the manufacturing method may further include separating the growth substrate.
  • the manufacturing method may further include forming a roughened surface on the surface of the nitride based semiconductor structure after separating the growth substrate. In this case, the ratio of light totally reflected by the wavelength converter and returned back to the nitride semiconductor structure may be reduced, thereby improving light extraction efficiency.
  • the manufacturing method may further include processing the surface of the lens unit after attaching the lens unit and the light emitting regions. In this case, the ratio of light totally reflected by the lens unit and returned to the wavelength converter is reduced, so that light extraction efficiency may be improved.
  • the manufacturing method may further include the step of removing the support substrate.
  • the manufacturing method may further include dividing the lens unit into individual light emitting device units after removing the support substrate.
  • the manufacturing method may further include forming a heat dissipation pad positioned between the first metal bump and the second metal bump while the first metal bumps and the second metal bumps are formed.
  • the heat dissipation pad may be electrically insulated from the first and second metal bumps.
  • the heat dissipation pad may include a material having high thermal conductivity, and may include, for example, Cu.
  • the light emitting diode may include heat radiation pads to effectively release heat generated during light emission, and may improve lifespan and reliability of a large output flip chip light emitting diode. In addition, it is possible to prevent deterioration of the light emitting diode due to heat generated during light emission.
  • the light emitting device includes a first semiconductor layer, a second semiconductor layer disposed on the first semiconductor layer, and an active layer disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
  • a first metal bump and a second metal bump disposed on one side of the nitride based semiconductor structure and electrically connected to the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, respectively, and the first and second metal bumps.
  • a wavelength conversion part disposed on the nitride based semiconductor structure opposite to each other and covering at least a portion of the side surface of the semiconductor structure with a uniform thickness, and a lens part covering the wavelength conversion part. In this case, the light emitted from the side of the nitride based semiconductor structure can be converted into light having the same wavelength, so that the reliability and light efficiency of the light emitting device can be improved.
  • the lens unit may include a groove, and the wavelength conversion unit may be disposed within the groove.
  • the wavelength converter may directly contact the first semiconductor layer.
  • the wavelength conversion part may directly contact the upper side or the side surface of the nitride based semiconductor structure.
  • an adhesive may be disposed between the wavelength converter and the first semiconductor layer.
  • the light emitting device may further include a reflective layer positioned on a side of the nitride based semiconductor structure and in contact with the adhesive. In this case, light emitted to the reflective layer among the light generated in the active layer can be reflected by the reflective layer and emitted in the usable direction, thereby improving the light extraction efficiency.
  • the first semiconductor layer may include a roughened surface. In this case, the ratio of light totally reflected by the wavelength converter and returned back to the nitride semiconductor structure may be reduced, thereby improving light extraction efficiency.
  • the outer surface of the lens portion may include a roughened surface or have a convex shape. In this case, the ratio of light totally reflected by the lens unit and returned to the wavelength converter is reduced, so that light extraction efficiency may be improved.
  • the light emitting device may be a wafer level package in which the first metal bump and the second metal bump protrude downwardly from the wavelength conversion part and the lens part and are exposed to the outside. In this case, it may be mounted on a PCB substrate without a separate support substrate.
  • the light emitting device may further include a reflective layer positioned on a side of the nitride based semiconductor structure and in contact with the wavelength converter and the lens unit. In this case, light emitted to the reflective layer among the light generated in the active layer can be reflected by the reflective layer and emitted in the usable direction, thereby improving the light extraction efficiency.
  • the lens unit may include at least one of glass or plastic.
  • the light emitting device may further include a heat dissipation pad positioned between the first metal bump and the second metal bump.
  • the package process since the package process is performed at the wafer level in a form in which the wavelength conversion portion is coated, process efficiency may be improved.
  • the chips can emit white light of the same wavelength, and the reliability and light efficiency of the light emitting device are improved.
  • 1 to 9 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a nitride based semiconductor structure of a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view for describing a method of manufacturing a light emitting device according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to still another embodiment of the present invention.
  • 15 and 16 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to still another embodiment of the present invention.
  • 17 to 24 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to still another embodiment of the present invention.
  • 1 to 9 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • a nitride based semiconductor structure 110, a first metal bump 120, and a second metal bump 130 are formed on a growth substrate 100.
  • the growth substrate 100 is not limited as long as it is a substrate capable of growing the nitride based semiconductor structure 110, and may be, for example, a sapphire substrate, a silicon carbide substrate, a gallium nitride substrate, an aluminum nitride substrate, a silicon substrate, or the like.
  • the growth substrate 110 may be a patterned sapphire substrate (PSS).
  • the nitride-based semiconductor structure 110 may include a first semiconductor layer (eg, 111 of FIG. 10 or 17), a second semiconductor layer (eg, 113 of FIG. 10 or 17), and the first semiconductor layer and the second semiconductor. Active layers (eg, 112 of FIG. 10 or 17) disposed between the layers.
  • the nitride based semiconductor structure 110 may be grown on the growth substrate 100 using a technique such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE).
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • MBE molecular beam epitaxy
  • the first metal bumps 120 and the second metal bumps 130 may be formed on the nitride based semiconductor structure. As shown in FIG. 10, the first metal bumps 120 are electrically connected to the first semiconductor layer 111, and the second metal bumps 130 are electrically connected to the second semiconductor layer 113. The first metal bumps 120 and the second metal bumps 130 are disposed on one side of the nitride based semiconductor structure 110 on the growth substrate 100. As the first and second metal bumps 120 and 130, at least one of Pb, Sn, Au, Ge, Cu, Bi, Cd, Zn, Ag, Ni, and Ti may be used, and an alloy thereof may be used. have. The first and second metal bumps 120 and 130 may be formed together in the same process, for example, using photo and etching techniques or lift off techniques.
  • the first metal bumps 120 and the second metal bumps 130 are mounted on the support substrate 140.
  • the support substrate 140 may be an insulating substrate, a conductive substrate, or a PCB substrate.
  • the support substrate 140 may be a sapphire substrate, a glass substrate, a silicon carbide substrate, a silicon substrate, a metal substrate, a ceramic substrate, or the like.
  • the support substrate 140 may be a ceramic substrate including a circuit pattern.
  • the nitride based semiconductor structure 110 is separated into a plurality of light emitting regions A.
  • the nitride based semiconductor structure 110 may be separated using an etching process.
  • Each emission area A includes a first metal bump 120 and a second metal bump 130.
  • the thickness of the growth substrate 100 may be adjusted to be thin.
  • the thickness of the growth substrate 100 may be thinly processed by various methods such as mechanical polishing, wet etching, laser lift off, chemical lift off, and stress lift off.
  • the growth substrate 100 having a thin thickness is separated into a plurality of light emitting regions A together with the nitride based semiconductor structure 110.
  • the growth substrate 100 may be separated from the nitride based semiconductor structure 110 before the nitride based semiconductor structure 110 is separated into the plurality of light emitting regions A.
  • FIG. Growth substrates can be separated using a variety of substrate separation techniques, including laser lift off, chemical lift off, stress lift off.
  • the growth substrate 100 may be separated from the nitride based semiconductor structure by using laser lift-off.
  • the laser may use a KrF excimer laser.
  • an adhesive layer 145 may be formed on the support substrate 140.
  • the adhesive layer 145 may be temporarily bonded, and may be formed by, for example, tape bonding, UV curing bonding, or thermal bonding.
  • the adhesive layer 145 may include an organic material or an organic / inorganic composite material. Through this, the lens unit 200 or the reflective layer 150 may be formed on the adhesive layer 145, and the adhesive layer 145 may be easily removed in the future.
  • a lens unit 200 having grooves H is provided.
  • grooves H corresponding to the plurality of emission regions A may be formed by etching the flat lens unit 200.
  • the lens unit 200 includes at least one of glass or plastic.
  • the lens unit 200 may be etched by wet etching, dry etching, sand blasting, or the like to form a groove H in the substrate 200.
  • the groove H may be formed at a constant height and width.
  • the wavelength converter 210 may be coated to a certain thickness, thereby enabling a stable process, and improving reliability and light efficiency of the manufactured light emitting device.
  • the wavelength converter 210 is formed in the groove H.
  • the wavelength converter 210 may include a phosphor 212 and a resin 211, and the phosphor 212 may be mixed with the resin 211 and randomly or uniformly disposed in the resin 211.
  • the wavelength converter 210 may convert light emitted from the nitride based semiconductor structure 110 into light having a different wavelength. Accordingly, a variety of light may be realized by a combination of light emitted from the nitride based semiconductor structure 110 and light emitted from the wavelength converter 210, and in particular, may implement white light.
  • the resin 211 may include a polymer resin such as an epoxy resin or an acrylic resin, or a silicone resin, and may serve as a matrix for dispersing the phosphor 212.
  • the phosphor may excite the light emitted from the nitride based semiconductor structure 110 and convert it into light having a different wavelength.
  • the phosphor may include various phosphors well known to those skilled in the art, and may include, for example, at least one of garnet type phosphor, aluminate phosphor, sulfide phosphor, oxynitride phosphor, fluoride phosphor, nitride phosphor, and silicate phosphor. Can be. However, the present invention is not limited thereto.
  • the emission characteristics of each emission region A for example, the emission wavelength and the emission intensity are measured and formed in the individual grooves H based on the measured data.
  • the wavelength converter 210 may be adjusted.
  • the amount of the phosphor 212 contained in the wavelength converter 210 may be adjusted to achieve uniform white light by the combination of the light emitting regions A and the wavelength converter 210.
  • the amount of the wavelength converter 210 formed in each groove H may be adjusted to achieve uniform white light by using dotting or dispensing.
  • the amount of the wavelength converter 210 is adjusted to include a larger amount of phosphor in the groove H corresponding to the emission area A having a shorter emission wavelength.
  • a preliminary wavelength conversion portion is formed in each groove H in advance so as to contain a uniform amount of phosphor, and more necessary for each groove H to realize uniform white light based on the measured data.
  • the amount of phosphor 212 can be precisely adjusted by dotting or dispensing. In this case, the precision of the process can be increased.
  • the lens unit 200 is attached to the light emitting regions so that the wavelength converters 210 correspond to the plurality of light emitting regions A, respectively.
  • the lens unit 200 may also be attached to the support substrate 140 by an adhesive layer 145.
  • the wavelength conversion unit 210 may be disposed on at least a portion of the side surface of the nitride based semiconductor structure 110 with a uniform thickness. This improves the reliability and light efficiency of the light emitting device.
  • the support substrate 140 may be separated.
  • the support substrate 140 may be separated by a conventional method such as a mechanical separation method, a separation method using a chemical solution. Accordingly, the first metal bumps 120 and the second metal bumps 130 are exposed to the outside, and the lens unit 200 functions as a support substrate.
  • the lens unit 200 may be cut and divided into a plurality of light emitting devices.
  • the lens unit may be cut by using a blade, a laser, or the like. Accordingly, a plurality of light emitting devices having uniform light emission characteristics such as emission wavelength and light emission intensity are provided by using a nitride semiconductor structure formed from a single wafer.
  • FIGS. 9 and 10 is an enlarged cross-sectional view of a semiconductor structure of a light emitting device according to the present embodiment.
  • the light emitting device according to the present embodiment will be described in more detail with reference to FIGS. 9 and 10.
  • the light emitting device includes a first semiconductor layer 111, a second semiconductor layer 113 disposed on the first semiconductor layer 111, a first semiconductor layer 111, and a second semiconductor layer 111.
  • the nitride based semiconductor structure 110 including the active layer 112 disposed between the semiconductor layers 113 is included.
  • the first metal bumps 120 and the second metal bumps 130 are disposed on one side of the nitride based semiconductor structure 110 and electrically connected to the first semiconductor layer 111 and the second semiconductor layer 113, respectively. do.
  • the wavelength converter 210 is disposed on the nitride based semiconductor structure 110 to face the first metal bump 120 and the second metal bump 130, and covers the side surface of the nitride based semiconductor structure 110.
  • the wavelength converter 210 may directly contact the nitride based semiconductor structure 110.
  • the wavelength converter 210 may directly contact the top or side surfaces of the nitride based semiconductor structure.
  • the lens unit 200 covers the wavelength converter 210.
  • the light emitting device may be a wafer level package in which the first metal bumps 120 and the second metal bumps 130 protrude downwardly from the wavelength converter 210 and the lens unit 200 and are exposed to the outside. In this case, the light emitted from the side of the nitride based semiconductor structure can be converted into light having the same wavelength, so that the reliability and light efficiency of the light emitting device can be improved.
  • the first metal bumps 120 may be disposed on the first semiconductor layer, and the second metal bumps 130 may be disposed on the second semiconductor layer.
  • a heat dissipation pad 170 may be further formed between the first metal bumps 120 and the second metal bumps 130 .
  • the heat dissipation pad may be electrically insulated from the first and second metal bumps 120 and 130.
  • the heat dissipation pad may include a material having high thermal conductivity, and may include, for example, Cu.
  • the light emitting device can effectively release heat generated during light emission by including a heat dissipation pad, and can improve the lifespan and reliability of a large output flip chip light emitting device. In addition, it is possible to prevent deterioration of the light emitting diode due to heat generated during light emission.
  • the heat dissipation pad 170 may be formed together while forming the first metal bump and the second metal bump.
  • FIG. 11 (a), (b) and (c) are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to still another embodiment of the present invention.
  • the manufacturing method of the light emitting device according to the present embodiment is similar to the manufacturing method of the light emitting device described with reference to FIGS. 1 to 9 in that the reflective layer 150 is formed on a part of the side surface of the nitride-based semiconductor structure 110 and in contact with the wavelength conversion portion and the lens portion before attaching the light emitting region A).
  • the reflective layer 150 is formed on a part of the side surface of the nitride-based semiconductor structure 110 and in contact with the wavelength conversion portion and the lens portion before attaching the light emitting region A).
  • the reflective layer 150 is formed on the adhesive layer between the semiconductor structures.
  • the reflective layer 150 may include a material having high reflectivity, for example, Ag.
  • the lens portion 200 and the reflective layer 150 are cut together to form a portion in FIG. 11 (c). It may be divided into a light emitting device as shown. Since the light emitting device further includes a reflective layer 150, light emitted from the active layer to the reflective layer may be reflected from the reflective layer and emitted in an available direction, thereby improving light extraction efficiency.
  • the reflective layer 150 may cover a portion of the side surface of the semiconductor structure, as shown in FIGS. 11A, 11B, and 3C.
  • 12A, 12B, and 12C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to still another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 12A, 12B, and 12C the method of manufacturing the light emitting device according to the present embodiment may be described with reference to FIGS. 11A, 11B, and 11C. Similar to
  • the reflective layer 150 covers the whole of the semiconductor structure side surface. Since the reflective layer 150 covers the entire semiconductor structure 110, light loss may be further reduced.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view for describing a method of manufacturing a light emitting device according to still another embodiment of the present invention.
  • the light emitting device manufacturing method according to the present embodiment is similar to the light emitting device manufacturing method described with reference to FIGS. 1 to 9, but before attaching the lens unit 200 and the light emitting region A, the nitride-based semiconductor structure 110 is provided. There is a difference in that the reflective layer 150 may be formed on a portion of the side surface of (a of FIG. 13). In order to avoid duplicate explanation, the following will mainly describe the difference.
  • the reflective layer 150 may include a material having high reflectivity, for example, Ag. Since the light emitting device further includes a reflective layer 150, the light emission efficiency may be improved.
  • an adhesive 160 may be formed on the reflective layer 150 and the nitride based semiconductor structure 110 before attaching the lens unit 200 and the light emitting region A (FIG. 13A).
  • the adhesive 160 may be thermally stable and have excellent optical properties by using a product having good optical transmittance and heat resistance properties. For example, SOG, BCB, etc. can be used.
  • the reflective layer 150 and the nitride based semiconductor structure 110 may be adhered to the wavelength converter 210 and the lens unit 200 through the adhesive 160.
  • the lens part 200, the adhesive 160, and the reflective layer 150 are cut together to form a plurality of lenses. It can be divided into light emitting elements (Fig. 13C).
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to still another embodiment of the present invention.
  • the light emitting device manufacturing method according to the present embodiment is similar to the light emitting device manufacturing method described with reference to FIGS. 1 to 9, except that a rough surface is formed on the surface of the nitride based semiconductor structure 110. In order to avoid duplicate explanation, the following will mainly describe the difference.
  • a roughened surface R may be formed on the surface of the first semiconductor layer 110 (FIG. 14A).
  • the roughened surface R may be formed using an etching method including at least one of dry etching or wet etching.
  • the rough surface R may be formed by wet etching using a solution including at least one of KOH and NaOH, or PEC etching may be used.
  • the rough surface R may be formed by combining dry etching and wet etching.
  • the above-described methods for forming the roughened surface R are examples, and the roughened surface R may be formed on the surface of the nitride based semiconductor structure using various methods known to those skilled in the art.
  • the lens unit 200 may be cut and divided into a plurality of light emitting devices (b of FIG. 14).
  • the ratio of light totally reflected by the wavelength converter and returned to the nitride-based semiconductor structure is reduced, so that light extraction efficiency may be improved.
  • 15 and 16 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to still another embodiment of the present invention.
  • the light emitting device manufacturing method is similar to the light emitting device manufacturing method described with reference to FIGS. 1 to 9, but after attaching the lens unit 200 and the light emitting regions A, the lens unit 200 is attached. It may further comprise processing the surface of the.
  • the outer surface of the lens unit 200 may be formed to include a roughened surface L (FIG. 15A).
  • the outer surface of the lens unit 200 may be formed to include a dome shape (FIG. 16A).
  • the lens unit 200 may be cut and divided into a plurality of light emitting devices (b of FIG. 15 and b of FIG. 16).
  • the ratio of light totally reflected by the lens unit and returned to the wavelength converter is reduced, so that light extraction efficiency may be improved.
  • FIGS. 17 to 24 are diagrams for describing a method of manufacturing a light emitting device according to still another embodiment of the present invention.
  • (a) is a sectional view taken along a sectional line B-B of (b).
  • the light emitting device manufacturing method according to the present embodiment is similar to the light emitting device manufacturing method described with reference to FIGS. 1 to 9, but includes a reflective electrode 165, a lower insulating layer 181, a current dispersion layer 180, and an upper insulating layer. There is a difference in that 182 is formed. In order to avoid duplicate explanation, the following will mainly describe the difference.
  • a first semiconductor layer 111 is formed on a growth substrate 100, and a plurality of mesas M spaced apart from each other are formed on the first semiconductor layer 111.
  • the plurality of mesas M may include an active layer 112 and a second semiconductor layer 113, respectively.
  • the active layer 112 is positioned between the first semiconductor layer 111 and the second semiconductor layer 113.
  • reflective electrodes 30 are positioned on the plurality of mesas M, respectively.
  • the plurality of mesas M may form a nitride based semiconductor structure 110 including a first semiconductor layer 111, an active layer 112, and a second semiconductor layer 113 on a growth substrate 100. After growing by using a growth method, the second semiconductor layer 113 and the active layer 112 may be formed by patterning the first semiconductor layer 111. Sides of the plurality of mesas M may be formed to be inclined by using a technique such as photoresist reflow. The inclined profile of the mesa (M) side improves the extraction efficiency of the light generated in the active layer 112.
  • the plurality of mesas M may have an elongated shape extending in parallel to each other in one direction as shown. This shape simplifies forming a plurality of mesas M of the same shape in the plurality of chip regions on the growth substrate 100.
  • the reflective electrodes 165 may be formed on each mesa M after the plurality of mesas M are formed, but is not limited thereto.
  • the second semiconductor layer 113 may be grown and mesa (M). It may be previously formed on the second semiconductor layer 113 before forming the M).
  • the reflective electrode 165 covers most of the upper surface of the mesa M, and has a shape substantially the same as the planar shape of the mesa M.
  • the reflective electrodes 165 may include a reflective layer 161, and may further include a barrier layer 162, and the barrier layer 162 may cover the top and side surfaces of the reflective layer 161.
  • the barrier layer 162 may be formed to cover the top and side surfaces of the reflective layer 161.
  • the reflective layer 161 may be formed by depositing and patterning an Ag, Ag alloy, Ni / Ag, NiZn / Ag, or TiO / Ag layer.
  • the barrier layer 29 may be formed of Ni, Cr, Ti, Pt, or a composite layer thereof to prevent diffusion or contamination of the metal material of the reflective layer.
  • edges of the first semiconductor layer 111 may also be etched. Accordingly, the top surface of the growth substrate 100 may be exposed. Side surfaces of the first semiconductor layer 111 may also be formed to be inclined.
  • the plurality of mesas M may be formed to be located within the upper region of the first semiconductor layer 111. That is, the plurality of mesas M may be located in an island shape on the upper region of the first semiconductor layer 111.
  • mesas M extending in one direction may be formed to reach the upper edge of the first semiconductor layer 111. That is, the one side edge of the bottom surface of the plurality of mesas M coincides with the one side edge of the first semiconductor layer 111. Accordingly, the upper surface of the first semiconductor layer 111 is partitioned by the plurality of mesas (M).
  • a lower insulating layer 181 covering the plurality of mesas M and the first semiconductor layer 111 is formed.
  • the lower insulating layer 181 has openings 181a and 181b for allowing electrical connection to the first semiconductor layer 111 and the second semiconductor layer 113 in a specific region.
  • the lower insulating layer 181 may have openings 181a exposing the first semiconductor layer 111 and openings 181b exposing the reflective electrodes 165.
  • the openings 181a may be positioned near the edge between the mesas M and the edge of the growth substrate 100, and may have an elongated shape extending along the mesas M.
  • the openings 181b are limited to the upper portion of the mesas M, and are located on the same end side of the mesas.
  • the lower insulating layer 181 may be formed of an oxide film such as SiO 2, a nitride film such as SiNx, or an insulating film of MgF 2 using a technique such as chemical vapor deposition (CVD).
  • the lower insulating layer 31 may be formed as a single layer, but is not limited thereto and may be formed as a multilayer.
  • the lower insulating layer 181 may be formed of a distributed Bragg reflector (DBR) in which a low refractive material layer and a high refractive material layer are alternately stacked.
  • DBR distributed Bragg reflector
  • an insulating reflective layer with high reflectance can be formed by stacking layers such as SiO2 / TiO2 or SiO2 / Nb2O5.
  • a current spreading layer 180 is formed on the lower insulating layer 181.
  • the current spreading layer 180 covers the plurality of mesas M and the first semiconductor layer 111.
  • the current spreading layer 180 has openings 180a positioned in the upper region of each mesa M and exposing the reflective electrodes.
  • the current spreading layer 180 may be in ohmic contact with the first semiconductor layer 111 through the openings 181a of the lower insulating layer 31.
  • the current spreading layer 180 is insulated from the plurality of mesas M and the reflective electrodes 165 by the lower insulating layer 181.
  • the openings 180a of the current spreading layer 180 have a larger area than the openings 181b of the lower insulating layer 31, respectively, to prevent the current spreading layer 180 from connecting to the reflective electrodes 165. Has Thus, sidewalls of the openings 180a are positioned on the lower insulating layer 181.
  • the current spreading layer 180 is formed over almost the entire area of the growth substrate 100 except for the openings 180a. Therefore, the current may be easily distributed through the current spreading layer 180.
  • the current spreading layer 180 may include a high reflective metal layer such as an Al layer, and the high reflective metal layer may be formed on a bonding layer such as Ti, Cr, or Ni.
  • a protective layer of a single layer or a composite layer structure such as Ni, Cr, Au, etc. may be formed on the highly reflective metal layer.
  • the current spreading layer 180 may have, for example, a multilayer structure of Ti / Al / Ti / Ni / Au.
  • an upper insulating layer 182 is formed on the current spreading layer 180.
  • the upper insulating layer 182 has openings 182a exposing the current spreading layer 180 and openings 182b exposing the reflective electrodes 165.
  • the opening 182a may have an elongated shape in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the mesa M, and has a relatively large area compared to the openings 182b.
  • the openings 182b expose the reflective electrodes 165 exposed through the openings 180a of the current spreading layer 180 and the openings 181b of the lower insulating layer 181.
  • the openings 35b may have a smaller area than the openings 180a of the current spreading layer 180, and may have a larger area than the openings 181b of the lower insulating layer 181. Accordingly, sidewalls of the openings 180a of the current spreading layer 180 may be covered by the upper insulating layer 182.
  • the upper insulating layer 182 may be formed using an oxide insulating layer, a nitride insulating layer, or a polymer such as polyimide, teflon, parylene, or the like.
  • a first metal bump 120 and a second metal bump 130 are formed on the upper insulating layer 182.
  • the first metal bump 120 is connected to the current spreading layer 180 through the opening 182a of the upper insulating layer 182, and the second metal bump 130 is the openings 182b of the upper insulating layer 182. Is connected to the reflective electrodes 165 through.
  • the first metal bumps 120 and the second metal bumps 130 may be used as pads for connecting or bumps for mounting the light emitting device on a submount, package, or printed circuit board.
  • the first and second metal bumps 120 and 130 may be formed together in the same process, for example, using photo and etching techniques or lift off techniques.
  • the first and second metal bumps 120 and 130 may include, for example, a bonding layer such as Ti, Cr, or Ni, and a highly conductive metal layer such as Al, Cu, Ag, or Au.
  • a heat dissipation pad 170 may be additionally formed in addition to the first metal bumps 120 and the second metal bumps 130.
  • the heat dissipation pad 170 may be formed together while forming the first metal bump and the second metal bump.
  • the heat dissipation pad may be positioned on the upper insulating layer 182 to be electrically insulated from the nitride based semiconductor structure 110.
  • the heat dissipation pad may be positioned between the first and second metal bumps 120 and 130 and may be electrically insulated.
  • the heat dissipation pad may include a material having high thermal conductivity, and may include, for example, Cu.
  • the light emitting diode may include heat radiation pads to effectively release heat generated during light emission, and may improve lifespan and reliability of a large output flip chip light emitting diode. In addition, it is possible to prevent deterioration of the light emitting diode due to heat generated during light emission. In addition, since the heat radiation pad is positioned on the upper insulating layer 182 to be insulated from the nitride based semiconductor structure 110, electrical problems (eg, shorts) that may be caused by the heat radiation pad may be prevented.
  • a plurality of light emitting elements as shown in FIG. 24 are manufactured through the process as described with reference to FIGS. 2 to 9.
  • the first metal bumps 120 and the second metal bumps 130 are mounted on the support substrate 140, and the nitride-based semiconductor structure 110, the upper insulating layer 182, and the current spreading layer 180 are etched.
  • the light emitting regions A are separated into a plurality of light emitting regions A, and each light emitting region A includes a first metal bump 120 and a second metal bump 130.
  • an adhesive layer 145 is formed on the support substrate 140.
  • the lens unit 200 having the grooves H corresponding to the plurality of emission regions A is prepared, and the wavelength conversion unit 210 is formed in the grooves H of the lens unit 200. .
  • the support substrate 140 is separated.
  • the light emission wavelength and the light intensity of the plurality of light emitting regions A are measured before forming the wavelength converting portion, and the wavelength converting portion is adjusted according to the light characteristics of the plurality of light emitting regions A.
  • the lens unit 200 is cut and divided into a plurality of light emitting devices, whereby a plurality of light emitting devices having uniform light emission characteristics are provided using a nitride semiconductor structure formed from a single wafer.
  • the light emitting device may include a nitride based semiconductor structure 110 including a first semiconductor layer 111, mesas M, reflective electrodes 30, and a current spreading layer 180, a lower insulating layer 181, The upper insulating layer 182, the first metal bumps 120, and the second metal bumps 130 may be included.
  • the first semiconductor layer 111 is continuous and a plurality of mesas M are spaced apart from each other on the first semiconductor layer 111.
  • the mesas M include the active layer 112 and the second semiconductor layer 113 as described with reference to FIG. 17 and have an elongated shape extending toward one side.
  • the mesas M may be a stacked structure of a gallium nitride compound semiconductor. As illustrated in FIG. 17, the mesas M may be limitedly positioned in an upper region of the first semiconductor layer 111. In contrast, the mesas M may extend to one edge of the upper surface of the first semiconductor layer 111 in one direction, as shown in FIG. 18, and thus the upper portion of the first semiconductor layer 111.
  • the face can be partitioned into a plurality of regions. Accordingly, it is possible to alleviate the concentration of current near the edge of the mesas (M) to further enhance the current distribution performance.
  • Each of the reflective electrodes 165 is disposed on the plurality of mesas M to make ohmic contact with the second semiconductor layer 113.
  • the reflective electrodes 165 may include the reflective layer 161 and the barrier layer 162 as described with reference to FIG. 17, and the barrier layer 162 may cover the top and side surfaces of the reflective layer 161.
  • the current spreading layer 180 covers the plurality of mesas M and the first semiconductor layer 111.
  • the current spreading layer 180 has openings 180a positioned in the upper region of each mesa M and exposing the reflective electrodes 165.
  • the current spreading layer 180 is also in ohmic contact with the first semiconductor layer 111 and insulated from the plurality of mesas M.
  • the current spreading layer 180 may include a reflective metal such as Al.
  • the current spreading layer 180 may be insulated from the plurality of mesas M by the lower insulating layer 181.
  • the lower insulating layer 181 may be positioned between the plurality of mesas M and the current spreading layer 180 to insulate the current spreading layer 180 from the plurality of mesas M.
  • FIG. the lower insulating layer 181 may have openings 181b positioned in upper regions of the mesas M to expose the reflective electrodes 165, and expose the first semiconductor layer 111. May have openings 181a.
  • the current spreading layer 180 may be connected to the first semiconductor layer 111 through openings 181a.
  • the openings 181b of the lower insulating layer 31 have a smaller area than the openings 180a of the current spreading layer 180, and are all exposed by the openings 180a.
  • the upper insulating layer 182 covers at least a portion of the current spreading layer 180.
  • the upper insulating layer 182 has openings 182b exposing the reflective electrodes 165.
  • the upper insulating layer 182 may have an opening 182a exposing the current spreading layer 180.
  • the upper insulating layer 182 may cover sidewalls of the openings 180a of the current spreading layer 180.
  • the first metal bump 120 may be positioned on the current spreading layer 180, and may be connected to the current spreading layer 180 through, for example, an opening 182a of the upper insulating layer 182.
  • the second metal bumps 130 are connected to the reflective electrodes 165 exposed through the openings 182b.
  • the current spreading layer 180 covers almost the entire area of the mesas M and the first semiconductor layer 111 between the mesas M. Therefore, the current can be easily distributed through the current spreading layer 180.
  • the current spreading layer 180 includes a reflecting metal layer such as Al, or the lower insulating layer 181 is formed as an insulating reflecting layer so that the light that is not reflected by the reflecting electrodes 165 is reflected by the current spreading layer 180.
  • the light may be reflected by using the lower insulating layer 181 to improve light extraction efficiency.
  • the wavelength converter 210 is disposed on the nitride-based semiconductor structure 110 to face the first metal bump 120 and the second metal bump 130, and the wavelength converter 210 is formed of the nitride-based semiconductor structure 110. Cover the side.
  • the lens unit 200 covers the wavelength converter 210.
  • the light emitting device may be a wafer level package in which the first metal bumps 120 and the second metal bumps 130 protrude downwardly from the wavelength converter 210 and the lens unit 200 and are exposed to the outside. In this case, the light emitted from the side of the nitride based semiconductor structure can be converted into light having the same wavelength, so that the reliability and light efficiency of the light emitting device can be improved.

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Abstract

웨이퍼 레벨 패키지 공정이 적용된 발광 소자의 제조방법 및 그것에 의해 제조된 발광 소자가 개시된다. 상기 발광 소자는 질화물계 반도체 구조체, 제1 및 제2 금속범프, 파장변환부, 렌즈부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 금속범프들은 상기 파장변환부 및 상기 렌즈부에 비해 하향 돌출된 것이다. 본 발명의 발광 소자에 따르면, 칩들이 동일한 파장의 백색광을 방출할 수 있고, 발광 소자의 신뢰성 및 광 효율이 향상된다.

Description

웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용한 발광 소자 제조 방법 및 그것에 의해 제조된 발광 소자
본 발명은 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히, 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용하여 형광체가 포함된 파장변환부를 형성하는 발광 소자의 제조 방법 및 그것을 이용하여 제조된 발광 소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기적 에너지를 광으로 변환하는 고체 상태 소자이며, 일반적으로 반대 도전형 불순물로 도핑된 층들 사이에 개재된 하나 이상의 반도체 재료의 활성층을 포함한다. 바이어스가 이 도핑 층들을 가로질러 인가되는 경우, 전자와 정공이 활성층에 주입되고, 재결합하여 광이 발생한다. 백색광을 발생시키기 위해 LED로부터 방출된 광을 형광체를 이용해 백색광으로 변환한다. 형광체는 LED에서 방출된 청색광 일부를 황색광으로 변환시키며, 이 황색광이 LED에서 방출된 청색광과 혼합되어 백색광이 구현된다.
발광 다이오드는 통상 최종적으로 발광 다이오드 모듈로서 사용된다. 발광 다이오드 모듈은 일반적으로 전극을 가지는 발광 다이오드 칩을 제작하고, 패키징 공정 및 모듈 공정을 거쳐서 제작한다.
최근에는 웨이퍼 레벨에서 발광 다이오드 패키지를 제작하여 별도의 패키징 공정을 생략할 수 있는 기술이 개발되고 있다. 웨이퍼 레벨 패키지 공정에서는 파장변환부를 형성하는 공정기술로서 스텐실 공정, 임프린트 공정, 스핀코팅 공정 및 스프레이 공정 등이 있다.
그러나, 이러한 공정의 경우 파장변환층이 반도체층 상부에 형성되기 때문에, 반도체층의 측면에 형광체를 포함한 파장변환부를 균일하게 코팅하는 것이 어렵다. 이에 따라, 반도체층의 측면으로 방출된 광은 파장 변환이 균일하게 이루어지지 않고 외부로 방출된다. 따라서, 균일한 혼색광, 예컨대 백색광을 구현하는 것이 어렵다.
더욱이, 단일의 웨이퍼로부터 분할된 개별 발광 다이오드들마다 방출하는 광의 파장이 각각 다르기 때문에 활성층에서 방출된 광을 동일한 파장의 백색광으로 만들기 위해 필요한 형광체의 양은 각각의 발광 다이오드마다 다르다. 따라서 동일한 파장의 백색광을 구현하기 위해 각각의 발광 다이오드마다 형광체 양을 달리 포함하는 파장변환부를 배치하는 공정이 요구되므로 공정 시간과 비용이 많이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용하여 파장변환부를 가지는 발광 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 웨이퍼 레벨 패키지 공정에 의해 제조되는 발광 소자들의 색좌표를 균일하게 제어할 수 있는 발광 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 질화물계 반도체 구조체의 측면에 균일하게 파장변환부를 형성시킬 수 있는 발광 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용하여 제조될 수 있는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 질화물계 반도체 구조체의 측면에 두께가 균일한 파장변환부를 가짐으로써, 신뢰성 및 광 효율이 향상된 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 반도체 구조체 상에 형광체를 포함하는 파장변환부를 배치하되, 반도체 구조체의 측면에 균일하게 파장변환부를 형성하며, 각각의 발광 다이오드의 발광 특성, 예를 들어 발광 파장 및 발광 강도 등에 따라 형광체 양을 달리 포함할 수 있고, 그 제조공정이 간소한 발광 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법은 성장 기판 상에 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 질화물계 반도체 구조체를 형성하는 단계, 상기 반도체 구조체 상에 제1 금속범프들 및 제2 금속범프들을 형성하는 단계, 지지기판 상에 제1 금속범프 및 제2 금속범프들을 마운트하는 단계, 상기 질화물계 반도체 구조체를 식각하여 복수개의 발광 영역으로 분리하는 단계를 포함한다. 한편, 상기 발광 소자의 제조 방법은 상기 복수개의 발광 영역들에 대응하는 홈들을 가지는 렌즈부를 준비하는 단계, 상기 렌즈부의 홈들에 파장변환부를 형성하는 단계를 포함한다. 그 후, 상기 발광 소자 제조 방법은 상기 파장변환부들이 상기 복수개의 발광 영역들에 각각 대응하도록 상기 발광 영역들 상에 상기 렌즈부를 부착하는 단계를 포함한다. 이 경우, 파장변환부가 코팅된 형태로 웨이퍼 레벨에서 패키지 공정이 이루어지기 때문에, 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 파장변환부를 형성하는 단계는 상기 복수개의 발광 영역들의 광학 특성에 기초하여 상기 렌즈부의 홈들에 형성되는 파장변환부들의 파장변환 특성을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 파장 변환 특성은 상기 파장변환부의 두께 또는 상기 파장변환부에 함유된 형광체의 양에 의해 조절될 수 있다. 이를 통해, 웨이퍼 레벨 패키지 공정에 의해 제조되는 발광 소자들의 광학 특성, 예컨대 색좌표를 균일하게 제어할 수 있다.
또한, 상기 파장변환부들이 각각 상기 발광 영역의 측면의 적어도 일부를 균일한 두께로 덮도록 상기 렌즈부와 상기 발광 영역들이 부착될 수 있다. 이 경우, 질화물계 반도체 구조체의 측면에서 방출되는 광이 그 상면으로 방출되는 광과 동일한 파장을 가진 광으로 변환될 수 있어서, 발광 소자의 신뢰성 및 광 효율이 향상될 수 있다.
상기 제조 방법은 상기 렌즈부를 부착하기 전에 상기 지지기판 상에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제조 방법은 상기 렌즈부와 상기 발광 영역들을 부착하기 전에, 상기 발광 영역들 사이 및 상기 접착층 상에 반사층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 활성층에서 발생한 광 중 반사층으로 방출된 광이 반사층에서 반사되어, 이용 가능한 방향으로 방출될 수 있으므로, 광 추출 효율이 개선된다.
상기 제조 방법은 상기 성장 기판을 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제조 방법은 상기 성장 기판을 분리한 후 상기 질화물계 반도체 구조체의 표면에 거칠어진 표면을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 파장변환부에서 전반사되어 질화물계 반도체 구조체로 다시 돌아오는 광의 비율이 줄어들어, 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
상기 제조 방법은 상기 렌즈부와 상기 발광 영역들을 부착한 후, 상기 렌즈부의 표면을 가공하는 것을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 렌즈부에서 전반사되어 파장변환부로 다시 돌아오는 광의 비율이 줄어들어, 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
또한, 상기 제조 방법은 지지기판을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제조 방법은 상기 지지기판을 제거한 후, 상기 렌즈부를 개별 발광 소자 단위로 분할하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제조 방법은 상기 제1 금속범프들 및 제2 금속범프들을 형성하는 동안, 제1 금속범프와 제2 금속범프 사이에 위치하는 방열패드를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 방열 패드는 제1 및 제2 금속범프와 전기적으로 절연될 수 있다. 방열 패드는 열 전도성이 높은 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, Cu를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드는 방열 패드를 포함함으로써 발광시 발생하는 열을 효과적으로 방출시킬 수 있으며, 고출력의 대면적 플립칩 발광 다이오드의 수명 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 발광 시 발생하는 열에 의한 발광 다이오드의 열화를 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자는, 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상에 배치된 제2 반도체층, 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 질화물계 반도체 구조체, 상기 질화물계 반도체 구조체의 일측에 배치되어 상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층에 각각 전기적으로 접속하는 제1 금속범프 및 제2 금속범프, 상기 제1 및 제2 금속범프들에 대향하여 상기 질화물계 반도체 구조체 상에 배치되며, 상기 반도체 구조체 측면의 적어도 일부를 균일한 두께로 덮는 파장변환부, 및 상기 파장변환부를 덮는 렌즈부를 포함한다. 이 경우, 질화물계 반도체 구조체의 측면에서 방출되는 광이 동일한 파장을 가진 광으로 변환될 수 있어서, 발광 소자의 신뢰성 및 광 효율이 향상될 수 있다.
상기 렌즈부는 홈을 포함하고, 상기 파장변환부는 상기 홈 내에 한정되어 배치될 수 있다.
상기 파장변환부는 상기 제1 반도체층에 직접 접촉할 수 있다.
상기 파장변환부는 상기 질화물계 반도체 구조체의 상부 또는 측면에 직접 접촉할 수 있다.
또한, 상기 파장변환부와 상기 제1 반도체층 사이에 접착제가 배치될 수 있다.
상기 발광 소자는 질화물계 반도체 구조체의 측면에 위치하고, 상기 접착제와 접하는 반사층을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 활성층에서 발생한 광 중 반사층으로 방출된 광이 반사층에서 반사되어, 이용 가능한 방향으로 방출될 수 있으므로, 광 추출 효율이 개선된다.
상기 제1 반도체층은 거칠어진 표면을 포함할 수 있다. 이 경우, 파장변환부에서 전반사되어 질화물계 반도체 구조체로 다시 돌아오는 광의 비율이 줄어들어, 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 렌즈부의 바깥면은 거칠어진 표면을 포함하거나 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 렌즈부에서 전반사되어 파장변환부로 다시 돌아오는 광의 비율이 줄어들어, 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 제1 금속범프 및 제2 금속범프가 상기 파장변환부 및 상기 렌즈부에 비해 하향 돌출되어, 외부에 노출된 웨이퍼 레벨 패키지일 수 있다. 이 경우, 별도의 지지기판 없이 PCB 기판 등에 장착될 수 있다.
또한, 상기 발광 소자는 상기 질화물계 반도체 구조체의 측면에 위치하고 상기 파장변환부 및 상기 렌즈부와 접하는 반사층을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 활성층에서 발생한 광 중 반사층으로 방출된 광이 반사층에서 반사되어, 이용 가능한 방향으로 방출될 수 있으므로, 광 추출 효율이 개선된다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 렌즈부는 유리 또는 플라스틱 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 제1 금속범프 및 제2 금속범프 사이에 위치하는 방열 패드를 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 질화물계 반도체 구조체의 발광 시 수반되는 열로 인해 질화물계 반도체 구조체가 손상되는 위험을 최소화할 수 있고, 과열을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 파장변환부가 코팅된 형태로 웨이퍼 레벨에서 패키지 공정이 이루어지기 때문에, 공정 효율을 향상시킬 수 있다. 더불어, 파장변환부의 두께를 일정하게 조절하는 것이 가능해지고, 웨이퍼 내 파장의 분포도에 따라서 칩 별로 형광체의 양을 조절하는 것이 가능해지며, 반도체층의 측면에 파장변환부를 균일하게 배치할 수 있어서, 제조된 발광 소자의 신뢰성 및 광 효율이 향상된다.
본 발명의 발광 소자에 따르면, 칩들이 동일한 파장의 백색광을 방출할 수 있고, 발광 소자의 신뢰성 및 광 효율이 향상된다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 질화물계 반도체 구조체의 확대도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 12은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 13는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 14은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 15 및 16는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 17 내지 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 성장 기판(100) 상에 질화물계 반도체 구조체(110), 제1 금속범프(120) 및 제2 금속범프(130)가 형성된다.
성장 기판(100)은 질화물계 반도체 구조체(110)을 성장시킬 수 있는 기판이면 한정되지 않으며, 예를 들어, 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, 질화갈륨 기판, 질화알루미늄 기판, 실리콘 기판 등일 수 있다. 특히, 본 실시예에 있어서, 성장 기판(110)은 패터닝된 사파이어 기판(PSS)일 수 있다.
질화물계 반도체 구조체(110)은 제1 반도체층(예컨대, 도 10 또는 도 17의 111), 제2 반도체층(예컨대, 도 10 또는 도 17의 113) 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치된 활성층(예컨대, 도 10 또는 도 17의 112)을 포함할 수 있다. 질화물계 반도체 구조체(110)은 금속유기화학 기상증착(MOCVD) 또는 분자선 에피택시(MBE) 등의 기술을 이용하여 성장 기판(100) 상에 성장될 수 있다.
제1 금속범프(120) 및 제2 금속범프(130)는 질화물계 반도체 구조체 상에 형성될 수 있다. 도 10에 도시한 바와 같이, 제1 금속범프(120)는 제1 반도체층(111)에 전기적으로 접속되고, 제2 금속범프(130)는 제2 반도체층(113)에 전기적으로 접속된다. 제1 금속범프(120) 및 제2 금속범프(130)는 성장 기판(100) 상부에서 질화물계 반도체 구조체(110)의 일측에 배치된다. 상기 제1 및 제2 금속범프(120, 130)로는 Pb, Sn, Au, Ge, Cu, Bi, Cd, Zn, Ag, Ni 및 Ti 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있고, 이들의 합금을 사용할 수 있다. 제1 및 제2 금속범프(120, 130)는 동일 공정으로 함께 형성될 수 있으며, 예컨대 사진 및 식각 기술 또는 리프트 오프 기술을 사용하여 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 지지기판(140) 상에 제1 금속범프(120) 및 제2 금속범프(130)들이 마운트된다.
지지기판(140)은 절연성 기판, 도전성 기판, 또는 PCB 기판일 수 있으며, 예를 들어, 사파이어 기판, 유리 기판, 실리콘 카바이드 기판, 실리콘 기판, 금속 기판, 세라믹 기판 등일 수 있다. 특히 본 실시예에 있어서, 지지기판(140)은 회로 패턴을 포함하는 세라믹 기판일 수 있다.
도 3을 참조하면, 질화물계 반도체 구조체(110)가 복수개의 발광 영역(A)으로 분리된다. 질화물계 반도체 구조체(110)은 에칭 공정을 이용해서 분리될 수 있다. 각각의 발광 영역(A)은 제1 금속범프(120) 및 제2 금속범프(130)를 포함한다. 질화물계 반도체 구조체(110)가 복수개의 발광 영역(A)으로 분리되기 전에, 성장 기판(100)의 두께를 얇게 조절할 수도 있다. 성장 기판(100)의 두께는 기계적 연마, 습식 식각, 레이저 리프트 오프, 화학적 리프트 오프, 응력 리프트 오프 등 다양한 방법으로 얇게 가공될 수 있다. 이 경우, 두께가 얇게 가공된 성장 기판(100)은 질화물계 반도체 구조체(110)와 함께 복수개의 발광 영역(A)으로 분리된다. 도면에 도시되지 않았지만, 질화물계 반도체 구조체(110)가 복수개의 발광 영역(A)으로 분리되기 전에, 성장 기판(100)이 질화물계 반도체 구조체(110)으로부터 분리될 수도 있다. 성장 기판은 레이저 리프트 오프, 화학적 리프트 오프, 응력 리프트 오프 등 다양한 기판 분리 기술을 이용하여 분리할 수 있다. 특히, 성장 기판(100)이 사파이어 기판인 경우, 레이저 리프트 오프를 이용하여 질화물계 반도체 구조체로부터 성장 기판(100)을 분리할 수 있다. 이 때, 레이저는 KrF 엑시머 레이저를 이용할 수 있다.
도4를 참조하면, 지지기판(140) 상에 접착층(145)이 형성될 수 있다. 접착층(145)은 임시 본딩(temporary bonding)되며, 구체적으로 테이프 접착, UV 경화 접착, 열 접착 등의 방법으로 형성될 수 있다. 접착층(145)은 유기물 또는 유/무기 복합재료를 포함할 수 있다. 이를 통해, 접착층(145) 상에 렌즈부(200) 또는 반사층(150)이 형성될 수 있으며, 향후 접착층(145)의 제거가 용이하다.
도 5를 참조하면, 홈(H)들을 가지는 렌즈부(200)가 제공된다. 예컨대, 평평한 렌즈부(200)를 식각하여 복수개의 발광 영역(A)에 대응하는 홈(H)들이 형성될 수 있다.
렌즈부(200)는 유리 또는 플라스틱 중 적어도 하나를 포함한다. 렌즈부(200)는 습식 식각(wet etch), 건조 식각(dry etch), 샌드 블라스팅(sand blasting) 등에 의해 식각되어 기판(200) 내에 홈(H)이 형성될 수 있다.
홈(H)은 일정한 높이와 넓이로 형성될 수 있다. 홈을 형성하는 것을 통해 파장변환부(210)를 일정한 두께로 코팅할 수 있어서 안정적인 공정이 가능하며, 제조된 발광 소자의 신뢰성 및 광 효율이 향상될 수 있다.
도 6을 참조하면, 홈(H)에 파장변환부(210)가 형성된다.
파장변환부(210)는 형광체(212) 및 수지(211)를 포함할 수 있으며, 형광체(212)는 수지(211)와 혼합되어, 수지(211) 내에 무작위로 또는 균일하게 배치될 수 있다. 파장변환부(210)는 질화물계 반도체 구조체(110)에서 방출된 광을 다른 파장의 광으로 변환시킬 수 있다. 이에 따라, 질화물계 반도체 구조체(110)에서 방출되는 광과 파장변환부(210)에서 방출되는 광의 조합에 의해 다양한 광을 구현할 수 있으며, 특히, 백색광을 구현할 수 있다.
수지(211)는 에폭시 수지나 아크릴 수지와 같은 폴리머 수지, 또는 실리콘 수지를 포함할 수 있으며, 형광체(212)를 분산시키는 매트릭스 역할을 할 수 있다.
형광체는 질화물계 반도체 구조체(110)에서 방출된 광을 여기시켜 다른 파장의 광으로 변환시킬 수 있다. 형광체는 통상의 기술자에게 널리 알려진 다양한 형광체들을 포함할 수 있고, 예를 들어, 가넷형 형광체, 알루미네이트 형광체, 황화물 형광체, 산질화물 형광체, 불화물계 형광체, 질화물 형광체, 규산염 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
홈(H)에 파장변환부(210)를 형성하기 전에, 각 발광 영역(A)의 발광 특성, 예컨대 방출 파장 및 발광 강도를 측정하고, 측정된 데이터를 바탕으로 개별 홈(H)에 형성되는 파장변환부(210)를 조절할 수 있다. 예를 들어, 각각의 발광 영역(A)과 파장변환부(210)의 조합에 의해 균일한 백색광을 구현할 수 있도록 파장변환부(210) 내에 함유되는 형광체(212)의 양을 조절할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 도팅(dotting) 또는 디스펜싱(dispensing)을 이용하여 균일한 백색광을 구현하도록 각 홈(H)에 형성되는 파장변환부(210)의 양을 조절할 수 있다. 예를 들어, 발광 파장이 더 짧은 발광 영역(A)에 대응하는 홈(H)에는 더 많은 양의 형광체가 포함되도록 파장변환부(210)의 양을 조절한다.
다른 실시예에 있어서, 균일한 양의 형광체가 함유되도록 예비 파장변환부를 각각의 홈(H)에 미리 형성하고, 측정된 데이터를 바탕으로 균일한 백색광을 구현시키기 위해 각 홈(H)에 더 필요한 형광체(212) 양을 도팅(dotting) 또는 디스펜싱(dispensing)으로 정밀하게 조정할 수 있다. 이 경우, 공정의 정밀성이 증대될 수 있다.
도 7을 참조하면, 파장변환부(210)들이 복수개의 발광 영역(A)들에 각각 대응하도록 상기 발광 영역들 상에 상기 렌즈부(200)를 부착한다. 상기 렌즈부(200)는 또한 접착층(145)에 의해 지지기판(140)에 부착될 수 있다.
이 때, 파장변환부(210)가 질화물계 반도체 구조체(110)의 측면의 적어도 일부 상에 균일한 두께로 배치될 수 있다. 이를 통해, 발광 소자의 신뢰성 및 광 효율이 향상된다.
도 8을 참조하면, 지지기판(140)을 분리할 수 있다. 지지기판(140)은 기계적 분리 방법, 화학 용액을 이용한 분리 방법 등 통상의 방법에 의해 분리될 수 있다. 이에 따라, 제1 금속범프(120) 및 제2 금속범프(130)가 외부에 노출되며, 렌즈부(200)가 지지기판으로서의 기능을 수행한다.
도 9를 참조하면, 렌즈부(200)를 절단하여 복수의 발광 소자로 분할할 수 있다. 블레이드, 레이저 등을 사용하는 방법을 통해 렌즈부를 절단할 수 있다. 이에 따라, 단일 웨이퍼에서 형성된 질화물계 반도체 구조체를 이용하여, 방출 파장 및 발광 강도 등, 균일한 발광 특성을 가지는 복수개의 발광 소자가 제공된다.
도 10은 본 실시예에 따른 발광 소자의 반도체 구조체를 확대 도시한 단면도이다. 이하, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 실시예에 따른 발광 소자를 더 상세하게 설명한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 발광 소자는 제1 반도체층(111), 제1 반도체층(111) 상에 배치된 제2 반도체층(113), 제1 반도체층(111)과 제2 반도체층(113) 사이에 배치된 활성층(112)을 포함하는 질화물계 반도체 구조체(110)를 포함한다. 또한, 제1 금속범프(120) 및 제2 금속범프(130)는 질화물계 반도체 구조체(110)의 일측에 배치되어 제1 반도체층(111) 및 제2 반도체층(113)에 각각 전기적으로 접속한다. 한편, 파장변환부(210)가 제1 금속범프(120) 및 제2 금속범프(130)에 대향하여 질화물계 반도체 구조체(110) 상에 배치되고, 질화물계 반도체 구조체(110) 측면을 덮는다. 파장변환부(210)는 질화물계 반도체 구조체(110)에 직접 접촉할 수 있다. 구체적으로 상기 파장변환부(210)는 상기 질화물계 반도체 구조체의 상부 또는 측면에 직접 접촉할 수 있다. 또한, 렌즈부(200)는 파장변환부(210)를 덮는다. 상기 발광 소자는 상기 제1 금속범프(120) 및 제2 금속범프(130)가 파장변환부(210) 및 렌즈부(200)에 비해 하향 돌출되어, 외부에 노출된 웨이퍼 레벨 패키지일 수 있다. 이 경우, 질화물계 반도체 구조체의 측면에서 방출되는 광이 동일한 파장을 가진 광으로 변환될 수 있어서, 발광 소자의 신뢰성 및 광 효율이 향상될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 금속범프(120)는 제1 반도체층 상에, 제2 금속범프(130)는 제2 반도체층 상에 배치될 수 있다. 또한, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 금속범프(120)와 제2 금속범프(130) 사이에 방열 패드(170)를 더 형성할 수 있다. 상기 방열 패드는 제1 및 제2 금속범프(120, 130)와 전기적으로 절연될 수 있다. 방열 패드는 열 전도성이 높은 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, Cu를 포함할 수 있다. 발광 소자는 방열 패드를 포함함으로써 발광시 발생하는 열을 효과적으로 방출시킬 수 있으며, 고출력의 대면적 플립칩 발광 소자의 수명 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 발광 시 발생하는 열에 의한 발광 다이오드의 열화를 방지할 수 있다.
방열 패드(170)는 제1 금속범프 및 제2 금속범프를 형성하는 동안 함께 형성될 수 있다.
도 11 (a), (b) 및 (c)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 11 (a), (b) 및 (c)를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법은 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 발광 소자의 제조 방법과 유사하나, 렌즈부(200)와 발광 영역(A)을 부착하기 전에, 질화물계 반도체 구조체(110)의 측면의 일부에 위치하고, 파장변환부 및 렌즈부와 접하는 반사층(150)을 형성하는 점에서 도 1 내지 도 9의 실시예와 차이가 있다. 중복 설명을 피하기 위해, 이하에서는 차이점에 대해서 주로 설명하기로 한다.
도 11 (a)에 도시한 바와 같이, 지지기판이 형성된 후, 반도체 구조체들 사이의 접착층 상에 반사층(150)이 형성된다. 반사층(150)은 높은 반사도를 갖는 물질, 예를 들어, Ag 등을 포함할 수 있다. 또한, 파장변환부가 형성된 홈(H)을 가지는 렌즈부와 질화물계 반도체 구조체가 부착된 후(도 11의 b), 렌즈부(200) 및 반사층(150)이 함께 절단되어 도 11(c)에 도시한 바와 같은 발광 소자로 분할될 수 있다. 상기 발광 소자는 반사층(150)을 더 포함함으로써, 활성층에서 발생한 광 중 반사층으로 방출된 광이 반사층에서 반사되어, 이용 가능한 방향으로 방출될 수 있으므로, 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
반사층(150)은 도 11(a), (b) 및 (c)에 도시한 바와 같이, 반도체 구조체 측면의 일부를 덮을 수도 있다.
도 12 (a), (b) 및 (c)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 12 (a), (b) 및 (c)를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법은 도 11 (a), (b) 및 (c)를 참조하여 설명한 발광 소자의 제조 방법과 유사하나,
반사층(150)이 반도체 구조체 측면의 전체를 덮는 것에 차이가 있다. 반사층(150)이 반도체 구조체(110)의 전체를 덮기 때문에, 광 손실을 더욱 줄일 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법은 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 발광 소자 제조 방법과 유사하나, 렌즈부(200)와 발광 영역(A)을 부착하기 전에, 질화물계 반도체 구조체(110)의 측면의 일부에 반사층(150)이 형성될 수 있는 점에서 차이가 있다(도 13의 a). 중복 설명을 피하기 위해, 이하에서는 차이점에 대해서 주로 설명하기로 한다.
반사층(150)은 높은 반사도를 갖는 물질, 예를 들어, Ag 등을 포함할 수 있다. 발광 소자가 반사층(150)을 더 포함함으로써, 발광 효율이 향상될 수 있다.
또한, 렌즈부(200)와 발광 영역(A)을 부착하기 전에, 반사층(150)과 질화물계 반도체 구조체(110) 상에 접착제(160)가 형성될 수 있다(도 13의 a).
접착제(160)는 광학적 투과성과 내열적 특성이 좋은 제품을 사용함으로써 열적으로 안정적이고, 광학적 특성이 우수할 수 있다. 예를 들어, SOG, BCB 등을 사용할 수 있다. 접착제(160)를 통해 반사층(150) 및 질화물계 반도체 구조체(110)이 파장변환부(210) 및 렌즈부(200)와 접착될 수 있다.
또한 파장변환부가 형성된 홈(H)을 가지는 렌즈부와 질화물계 반도체 구조체가 부착된 후(도 13의 b), 렌즈부(200), 접착제(160) 및 반사층(150)이 함께 절단되어 복수의 발광 소자로 분할될 수 있다(도 13의 c).
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법은 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 발광 소자 제조 방법과 유사하나, 질화물계 반도체 구조체(110)의 표면에 거칠어진 면이 형성되는 것에 차이가 있다. 중복 설명을 피하기 위해, 이하에서는 차이점에 대해서 주로 설명하기로 한다.
성장기판(100)이 분리된 후, 제1 반도체층(110)의 표면에 거칠어진 표면(R)이 형성될 수 있다(도 14의 a).
거칠어진 표면(R)은 건식 식각 또는 습식 식각 중 적어도 하나를 포함하는 식각 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, KOH 및 NaOH 중 적어도 하나를 포함하는 용액을 이용하여 습식 식각함으로써 거칠어진 표면(R)이 형성될 수 있으며, 또는 PEC 식각을 이용할 수도 있다. 또한, 건식 식각과 습식 식각을 조합하여 거칠어진 표면(R)을 형성할 수도 있다. 상술한 거칠어진 표면(R)을 형성하는 방법들은 예시들에 해당하며, 통상의 기술자에게 공지된 다양한 방법을 이용하여 질화물계 반도체 구조체의 표면에 거칠어진 표면(R)을 형성할 수 있다.
도 14의 실시예에서 렌즈부(200)를 절단하여 복수의 발광 소자로 분할할 수 있다(도 14의 b). 상기 발광소자의 경우, 파장변환부에서 전반사되어 질화물계 반도체 구조체로 다시 돌아오는 광의 비율이 줄어들어, 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
도 15 및 도 16는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시예들에 따른 발광 소자 제조 방법은, 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 발광 소자 제조 방법과 유사하나, 렌즈부(200)와 발광 영역(A)들을 부착한 후, 렌즈부(200)의 표면을 가공하는 것을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이, 렌즈부(200)의 바깥면이 거칠어진 표면(L)을 포함하도록 형성될 수 있다(도 15의 a). 또한, 도 16에 도시된 바와 같이, 렌즈부(200)의 바깥면이 돔(dome) 형태를 포함하도록 형성될 수 있다(도 16의 a).
도 15 및 도 16의 실시예에서 렌즈부(200)가 절단되어 복수의 발광 소자로 분할될 수 있다(도 15의 b 및 도 16의 b). 상기 발광 소자의 경우, 렌즈부에서 전반사되어 파장변환부로 다시 돌아오는 광의 비율이 줄어들어, 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
도 17 내지 도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들로서, 각 도면들에서 (a)는 평면도를 (b)는 절취선 B-B를 따라 취해진 단면도이다. 본 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법은 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 발광 소자 제조 방법과 유사하나, 반사전극(165), 하부 절연층(181), 전류 분산층(180), 상부 절연층(182)이 형성되는 점에서 차이가 있다. 중복 설명을 피하기 위해, 이하에서는 차이점에 대해서 주로 설명하기로 한다.
우선, 도 17을 참조하면, 성장 기판(100) 상에 제1 반도체층(111)이 형성되고, 상기 제1 반도체층(111) 상에 서로 이격된 복수의 메사들(M)이 형성된다. 복수의 메사들(M)은 각각 활성층(112) 및 제2 반도체층(113)을 포함한다. 활성층(112)이 제1 반도체층(111)과 제2 반도체층(113) 사이에 위치한다. 한편, 상기 복수의 메사들(M) 상에는 각각 반사 전극들(30)이 위치한다.
상기 복수의 메사(M)들은 성장 기판(100) 상에 제1 반도체층(111), 활성층(112) 및 제2 반도체층(113)을 포함하는 질화물계 반도체 구조체(110)을 금속 유기화학 기상 성장법 등을 이용하여 성장시킨 후, 제1 반도체층(111)이 노출되도록 제2 반도체층(113) 및 활성층(112)을 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 상기 복수의 메사들(M)의 측면은 포토레지스트 리플로우와 같은 기술을 사용함으로써 경사지게 형성될 수 있다. 메사(M) 측면의 경사진 프로파일은 활성층(112)에서 생성된 광의 추출 효율을 향상시킨다.
복수의 메사들(M)은 도시한 바와 같이 일측 방향으로 서로 평행하게 연장하는 기다란 형상을 가질 수 있다. 이러한 형상은 성장 기판(100) 상에서 복수의 칩 영역에 동일한 형상의 복수의 메사들(M)을 형성하는 것을 단순화시킨다.
한편, 상기 반사전극들(165)은 복수의 메사(M)들이 형성된 후, 각 메사(M) 상에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 반도체층(113)을 성장시키고 메사(M)들을 형성하기 전에 제2 반도체층(113) 상에 미리 형성될 수도 있다. 반사 전극(165)은 메사(M)의 상면을 대부분 덮으며, 메사(M)의 평면 형상과 대체로 동일한 형상을 갖는다.
반사전극들(165)은 반사층(161)을 포함하며, 나아가 장벽층(162)을 포함할 수 있으며, 장벽층(162)은 반사층(161)의 상면 및 측면을 덮을 수 있다. 예컨대, 반사층(161)의 패턴을 형성하고, 그 위에 장벽층(162)을 형성함으로써, 장벽층(162)이 반사층(161)의 상면 및 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사층(161)은 Ag, Ag 합금, Ni/Ag, NiZn/Ag, TiO/Ag층을 증착 및 패터닝하여 형성될 수 있다. 한편, 상기 장벽층(29)은 Ni, Cr, Ti, Pt 또는 그 복합층으로 형성될 수 있으며, 반사층의 금속 물질이 확산되거나 오염되는 것을 방지한다.
상기 복수의 메사들(M)이 형성된 후, 상기 제1 반도체층(111)의 가장자리 또한 식각될 수 있다. 이에 따라, 성장 기판(100)의 상부면이 노출될 수 있다. 상기 제1 반도체층(111)의 측면 또한 경사지게 형성될 수 있다.
상기 복수의 메사들(M)은 도 17에 도시한 바와 같이 제1 반도체층(111)의 상부 영역 내부에 한정되어 위치하도록 형성될 수 있다. 즉, 복수의 메사들(M)이 제1 반도체층(111)의 상부 영역 상에 아일랜드 형태로 위치할 수 있다. 이와 달리, 도 18에 도시한 바와 같이, 일측 방향으로 연장하는 메사들(M)은 상기 제1 반도체층(111)의 상부 가장자리에 도달하도록 형성될 수 있다. 즉, 복수의 메사들(M) 하부면의 상기 일측방향 가장자리는 제1 반도체층(111)의 일측방향 가장자리와 일치한다. 이에 따라, 상기 제1 반도체층(111)의 상부면은 상기 복수의 메사들(M)에 의해 구획된다.
도 19를 참조하면, 복수의 메사들(M) 및 제1 반도체층(111)을 덮는 하부 절연층(181)이 형성된다. 하부 절연층(181)은 특정 영역에서 제1 반도체층(111) 및 제2 반도체층(113)에 전기적 접속을 허용하기 위한 개구부들(181a, 181b)을 갖는다. 예컨대, 하부 절연층(181)은 제1 반도체층(111)을 노출시키는 개구부들(181a)과 반사전극들(165)을 노출시키는 개구부들(181b)을 가질 수 있다.
상기 개구부들(181a)은 메사들(M) 사이의 영역 및 성장 기판(100) 가장자리 근처에 위치할 수 있으며, 메사들(M)을 따라 연장하는 기다란 형상을 가질 수 있다. 한편, 개구부들(181b)은 메사(M) 상부에 한정되어 위치하며, 메사들의 동일 단부 측에 치우쳐 위치한다.
상기 하부 절연층(181)은 화학기상증착(CVD) 등의 기술을 사용하여 SiO2 등의 산화막, SiNx 등의 질화막, MgF2의 절연막으로 형성될 수 있다. 상기 하부 절연층(31)은 단일층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다중층으로 형성될 수도 있다. 나아가, 하부 절연층(181)은 저굴절 물질층과 고굴절 물질층이 교대로 적층된 분포 브래그 반사기(DBR)로 형성될 수 있다. 예컨대, SiO2/TiO2나 SiO2/Nb2O5 등의 층을 적층함으로써 반사율이 높은 절연 반사층을 형성할 수 있다.
도 20을 참조하면, 상기 하부 절연층(181) 상에 전류 분산층(180)이 형성된다. 상기 전류 분산층(180)은 상기 복수의 메사들(M) 및 상기 제1 반도체층(111)을 덮는다. 또한, 전류 분산층(180)은 상기 각각의 메사(M) 상부 영역 내에 위치하고 상기 반사 전극들을 노출시키는 개구부들(180a)을 갖는다. 상기 전류 분산층(180)은 하부 절연층(31)의 개구부들(181a)을 통해 상기 제1 반도체층(111)에 오믹콘택할 수 있다. 전류 분산층(180)은 하부 절연층(181)에 의해 복수의 메사들(M) 및 반사 전극들(165)로부터 절연된다.
상기 전류 분산층(180)의 개구부들(180a)은 전류 분산층(180)이 반사 전극들(165)에 접속하는 것을 방지하도록 각각 하부 절연층(31)의 개구부들(181b)보다 더 넓은 면적을 갖는다. 따라서, 상기 개구부들(180a)의 측벽은 하부 절연층(181) 상에 위치한다.
상기 전류 분산층(180)은 개구부들(180a)을 제외한 성장 기판(100)의 거의 전 영역 상부에 형성된다. 따라서, 상기 전류 분산층(180)을 통해 전류가 쉽게 분산될 수 있다. 전류 분산층(180)은 Al층과 같은 고반사 금속층을 포함할 수 있으며, 고반사 금속층은 Ti, Cr 또는 Ni 등의 접합층 상에 형성될 수 있다. 또한, 상기 고반사 금속층 상에 Ni, Cr, Au 등의 단층 또는 복합층 구조의 보호층이 형성될 수 있다. 상기 전류 분산층(180)은 예컨대, Ti/Al/Ti/Ni/Au의 다층 구조를 가질 수 있다.
도 21을 참조하면, 상기 전류 분산층(180) 상에 상부 절연층(182)이 형성된다. 상부 절연층(182)은 전류 분산층(180)을 노출시키는 개구부(182a)와 함께, 반사 전극들(165)을 노출시키는 개구부들(182b)을 갖는다. 상기 개구부(182a)는 메사(M)의 길이 방향에 수직한 방향으로 기다란 형상을 가질 수 있으며, 개구부들(182b)에 비해 상대적으로 넓은 면적을 갖는다. 개구부들(182b)은 전류 분산층(180)의 개구부들(180a) 및 하부 절연층(181)의 개구부들(181b)을 통해 노출된 반사 전극들(165)을 노출시킨다. 개구부들(35b)은 전류 분산층(180)의 개구부들(180a)에 비해 더 좁은 면적을 갖고, 한편, 하부 절연층(181)의 개구부들(181b)보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 전류 분산층(180)의 개구부들(180a)의 측벽들은 상부 절연층(182)에 의해 덮일 수 있다.
상기 상부 절연층(182)은 산화물 절연층, 질화물 절연층 또는 폴리이미드, 테플론, 파릴렌 등의 폴리머를 이용하여 형성될 수 있다.
도 22를 참조하면, 상기 상부 절연층(182) 상에 제1 금속범프(120) 및 제2 금속범프(130)가 형성된다. 제1 금속범프(120)는 상부 절연층(182)의 개구부(182a)를 통해 전류 분산층(180)에 접속하고, 제2 금속범프(130)는 상부 절연층(182)의 개구부들(182b)을 통해 반사 전극들(165)에 접속한다. 상기 제1 금속범프(120) 및 제2 금속범프(130)는 발광 소자를 서브마운트, 패키지 또는 인쇄회로보드 등에 실장하기 위해 범프를 접속하거나 SMT를 위한 패드로 사용될 수 있다.
상기 제1 및 제2 금속범프(120, 130)는 동일 공정으로 함께 형성될 수 있으며, 예컨대 사진 및 식각 기술 또는 리프트 오프 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 금속범프(120, 130)는 예컨대 Ti, Cr, Ni 등의 접합층과 Al, Cu, Ag 또는 Au 등의 고전도 금속층을 포함할 수 있다.
선택적으로, 도 23에 도시한 바와 같이, 제1 금속범프(120) 및 제2 금속범프(130) 이외에 방열 패드(170)가 추가로 형성될 수도 있다. 방열 패드(170)는 제1 금속범프 및 제2 금속범프를 형성하는 동안 함께 형성될 수 있다. 방열 패드는 상부 절연층(182) 상에 위치하여, 질화물계 반도체 구조체(110)과 전기적으로 절연될 수 있다. 또한, 방열 패드는 제1 및 제2 금속범프(120, 130) 사이에 위치할 수 있으며, 전기적으로 절연될 수 있다. 방열 패드는 열 전도성이 높은 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, Cu를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드는 방열 패드를 포함함으로써 발광시 발생하는 열을 효과적으로 방출시킬 수 있으며, 고출력의 대면적 플립칩 발광 다이오드의 수명 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 발광 시 발생하는 열에 의한 발광 다이오드의 열화를 방지할 수 있다. 나아가, 방열 패드가 상부 절연층(182) 상에 위치하여 질화물계 반도체 구조체(110)과 절연됨으로써, 방열 패드에 의해 발생할 수 있는 전기적 문제(예를 들어, 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 도 2 내지 9에서 설명한 바와 같은 공정을 거쳐 도 24에 도시한 바와 같은 복수의 발광 소자가 제조된다. 지지기판(140) 상에 제1 금속범프(120) 및 제2 금속범프(130)들이 마운트되고, 상기 질화물계 반도체 구조체(110), 상부 절연층(182) 및 전류분산층(180)을 식각하여 복수개의 발광 영역(A)으로 분리하되, 각각의 발광 영역(A)은 제1 금속범프(120) 및 제2 금속범프(130)를 포함한다. 그 후 상기 지지기판(140) 상에 접착층(145)을 형성한다.
또한, 복수개의 발광 영역(A)들에 대응하는 홈(H)들을 가지는 렌즈부(200)를 준비하고, 상기 렌즈부(200)의 홈(H)들에 파장변환부(210)가 형성된다. 이어서, 파장변환부(210)들이 복수개의 발광 영역(A)들에 각각 대응하도록 렌즈부(200)와 발광 영역(A)들이 부착된 후, 지지기판(140)이 분리된다. 복수의 발광 영역(A)들의 발광 파장 및 광 강도는 파장변환부를 형성하기 전에 미리 측정되며, 파장변환부는 복수의 발광 영역(A) 들의 광 특성에 따라 조절된다. 그 후, 렌즈부(200)를 절단하여 복수의 발광 소자로 분할됨으로써, 단일 웨이퍼에서 형성된 질화물계 반도체 구조체를 이용하여, 균일한 발광 특성을 가지는 복수개의 발광 소자가 제공된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 구조에 대해 도 24를 참조하여 상세히 설명한다.
상기 발광 소자는, 제1 반도체층(111), 메사들(M), 반사 전극들(30), 전류 분산층(180)을 포함하는 질화물계 반도체 구조체(110), 하부 절연층(181), 상부 절연층(182) 및 제1 금속범프(120)와 제2 금속범프(130)를 포함할 수 있다.
제1 반도체층(111)은 연속적이며, 제1 반도체층(111) 상에 복수의 메사들(M)이 서로 이격되어 위치한다. 메사들(M)은 도 17을 참조하여 설명한 바와 같이 활성층(112) 및 제2 반도체층(113)을 포함하며, 일측을 향해 연장하는 기다란 형상을 갖는다. 여기서 메사들(M)은 질화갈륨계 화합물 반도체의 적층 구조이다. 상기 메사들(M)은, 도 17에 도시한 바와 같이, 제1 반도체층(111)의 상부 영역 내에 한정되어 위치할 수 있다. 이와 달리, 상기 메사들(M)은, 도 18에 도시한 바와 같이, 일측 방향을 따라 제1 반도체층(111)의 상부면 가장자리까지 연장할 수 있으며, 따라서 제1 반도체층(111)의 상부면을 복수의 영역으로 구획할 수 있다. 이에 따라, 메사들(M)의 모서리 근처에 전류가 집중되는 것을 완화하여 전류 분산 성능을 더 강화할 수 있다.
반사 전극들(165)은 각각 상기 복수의 메사들(M) 상에 위치하여 제2 반도체층(113)에 오믹 콘택한다. 반사 전극들(165)은 도 17을 참조하여 설명한 바와 같이 반사층(161)과 장벽층(162)을 포함할 수 있으며, 장벽층(162)이 반사층(161)의 상면 및 측면을 덮을 수 있다.
전류 분산층(180)은 상기 복수의 메사들(M) 및 상기 제1 반도체층(111)을 덮는다. 상기 전류 분산층(180)은 상기 각각의 메사(M) 상부 영역 내에 위치하고 상기 반사 전극들(165)을 노출시키는 개구부들(180a)을 갖는다. 전류 분산층(180)은 또한, 상기 제1 반도체층(111)에 오믹콘택하고 상기 복수의 메사들(M)로부터 절연된다. 상기 전류 분산층(180)은 Al과 같은 반사 금속을 포함할 수 있다.
상기 전류 분산층(180)은 하부 절연층(181)에 의해 복수의 메사들(M)로부터 절연될 수 있다. 예컨대, 하부 절연층(181)은 상기 복수의 메사들(M)과 상기 전류 분산층(180) 사이에 위치하여 상기 전류 분산층(180)을 상기 복수의 메사들(M)로부터 절연시킬 수 있다. 또한, 상기 하부 절연층(181)은 상기 각각의 메사(M) 상부 영역 내에 위치하고 상기 반사 전극들(165)을 노출시키는 개구부들(181b)을 가질 수 있으며, 제1 반도체층(111)을 노출시키는 개구부들(181a)을 가질 수 있다. 상기 전류 분산층(180)은 개구부들(181a)을 통해 제1 반도체층(111)에 접속할 수 있다. 상기 하부 절연층(31)의 개구부들(181b)은 전류 분산층(180)의 개구부들(180a)보다 좁은 면적을 가지며, 개구부들(180a)에 의해 모두 노출된다.
상부 절연층(182)은 상기 전류 분산층(180)의 적어도 일부를 덮는다. 또한, 상부 절연층(182)은 상기 반사 전극들(165)을 노출시키는 개구부들(182b)을 갖는다. 나아가, 상부 절연층(182)은 전류 분산층(180)을 노출시키는 개구부(182a)를 가질 수 있다. 상기 상부 절연층(182)은 상기 전류 분산층(180)의 개구부들(180a)의 측벽들을 덮을 수 있다.
제1 금속범프(120)는 전류 분산층(180) 상에 위치할 수 있으며, 예컨대 상부 절연층(182)의 개구부(182a)를 통해 전류 분산층(180)에 접속할 수 있다. 또한, 제2 금속범프(130)는 개구부들(182b)을 통해 노출된 반사 전극들(165)에 접속한다.
본 발명에 따르면, 전류 분산층(180)이 메사들(M) 및 메사들(M) 사이의 제1 반도체층(111)의 거의 전 영역을 덮는다. 따라서, 전류 분산층(180)을 통해 전류가 쉽게 분산될 수 있다.
나아가, 상기 전류 분산층(180)이 Al과 같은 반사 금속층을 포함하거나, 하부 절연층(181)을 절연 반사층으로 형성함으로써 반사 전극들(165)에 의해 반사되지 않는 광을 전류 분산층(180) 또는 하부 절연층(181)을 이용하여 반사시킬 수 있어 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
파장변환부(210)가 제1 금속범프(120) 및 제2 금속범프(130)에 대향하여 질화물계 반도체 구조체(110) 상에 배치되고, 파장변환부(210)는 질화물계 반도체 구조체(110) 측면을 덮는다. 렌즈부(200)는 파장변환부(210)를 덮는다. 상기 발광 소자는 상기 제1 금속범프(120) 및 제2 금속범프(130)가 파장변환부(210) 및 렌즈부(200)에 비해 하향 돌출되어, 외부에 노출된 웨이퍼 레벨 패키지일 수 있다. 이 경우, 질화물계 반도체 구조체의 측면에서 방출되는 광이 동일한 파장을 가진 광으로 변환될 수 있어서, 발광 소자의 신뢰성 및 광 효율이 향상될 수 있다.

Claims (23)

  1. 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상에 배치된 제2 반도체층, 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 질화물계 반도체 구조체;
    상기 질화물계 반도체 구조체의 일측에 배치되어 상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층에 각각 전기적으로 접속하는 제1 금속범프 및 제2 금속범프;
    상기 제1 및 제2 금속범프들에 대향하여 상기 질화물계 반도체 구조체 상에 배치되며, 상기 반도체 구조체 측면의 적어도 일부를 균일한 두께로 덮는 파장변환부; 및
    상기 파장변환부를 덮는 렌즈부를 포함하는 발광소자.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 렌즈부는 홈을 포함하고, 상기 파장변환부는 상기 홈 내에 한정되어 배치된 발광 소자.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 파장변환부는 상기 질화물계 반도체 구조체에 직접 접촉하는 발광 소자.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 파장변환부는 상기 질화물계 반도체 구조체의 상부 또는 측면에 직접 접촉하는 발광 소자.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 파장변환부와 상기 제1 반도체층 사이에 접착제가 배치된 발광 소자.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 질화물계 반도체 구조체의 측면에 위치하고, 상기 접착제와 접하는 반사층을 더 포함하는 발광 소자.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 반도체층은 거칠어진 표면을 포함하는 발광 소자.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 렌즈부의 바깥면은 거칠어진 표면을 포함하거나 볼록한 형상을 가지는 발광 소자.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 발광 소자는 상기 제1 금속범프 및 제2 금속범프가 상기 파장변환부 및 상기 렌즈부에 비해 하향 돌출되어, 외부에 노출된 웨이퍼 레벨 패키지인 발광 소자.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 질화물계 반도체 구조체의 측면에 위치하고 상기 파장변환부 및 상기 렌즈부와 접하는 반사층을 더 포함하는 발광 소자.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 렌즈부는 유리 또는 플라스틱 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 금속범프 및 제2 금속범프 사이에 위치하는 방열 패드를 더 포함하는 발광 소자.
  13. 성장 기판 상에 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 질화물계 반도체 구조체를 형성하는 단계; 상기 질화물계 반도체 구조체 상에 제1 금속범프들 및 제2 금속범프들을 형성하는 단계; 지지기판 상에 제1 금속범프 및 제2 금속범프들을 마운트하는 단계; 상기 질화물계 반도체 구조체를 식각하여 복수개의 발광 영역으로 분리하는 단계;
    상기 복수개의 발광 영역들에 대응하는 홈들을 가지는 렌즈부를 준비하는 단계; 상기 렌즈부의 홈들에 파장변환부를 형성하는 단계;
    상기 파장변환부들이 상기 복수개의 발광 영역들에 각각 대응하도록 상기 상기 발광 영역들상에 상기 렌즈부를 부착하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 파장변환부를 형성하는 단계는 상기 복수개의 발광 영역들의 광학 특성에 기초하여 상기 렌즈부의 홈들에 형성되는 파장변환부들의 파장변환 특성을 조절하는 단계를 포함하는 발광소자의 제조방법.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 파장 변환 특성은 상기 파장변환부의 두께 또는 상기 파장변환부에 함유된 형광체의 양에 의해 조절되는 발광 소자의 제조 방법.
  16. 청구항 13에 있어서, 상기 파장변환부들이 각각 상기 발광 영역의 측면의 적어도 일부를 균일한 두께로 덮도록 상기 렌즈부와 상기 발광 영역들이 부착되는 발광 소자의 제조 방법.
  17. 청구항 13에 있어서, 상기 렌즈부를 부착하기 전에 상기 지지기판 상에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광소자의 제조방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 렌즈부와 상기 발광 영역들을 부착하기 전에, 상기 발광 영역들 사이 및 상기 접착층 상에 반사층을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광소자의 제조방법.
  19. 청구항 13에 있어서, 상기 성장 기판을 분리하는 단계를 더 포함하는 발광소자의 제조방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 질화물계 반도체 구조체의 표면에 거칠어진 표면을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광소자의 제조방법.
  21. 청구항 13에 있어서, 상기 렌즈부와 상기 발광 영역들을 부착한 후, 상기 렌즈부의 표면을 가공하는 단계를 더 포함하는 발광소자의 제조방법.
  22. 청구항 13에 있어서, 상기 지지기판을 제거하는 단계를 더 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  23. 청구항 22에 있어서, 상기 지지기판을 제거한 후, 상기 렌즈부를 개별 발광 소자 단위로 분할하는 단계를 더 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
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