KR102261951B1 - 반도체 소자 및 반도체 소자 제조 방법 - Google Patents
반도체 소자 및 반도체 소자 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 LED 등의 전자부품에 적용되는 반도체 소자에서, 반도체 소자가 포함하는 발광 소자의 상면에 위치하는 파장 변환층의 표면을 곡면으로 형성하여 반도체 소자 외부로 출력되는 광출력을 향상시키고, 파장 변환층을 둘러싸는 금속층을 금속으로 구현하여 광의 반사율을 높이고, 이에 따라 발광 소자에서 발산된 광이 발광 소자의 상면에 위치하는 파장 변환층을 통해 출력될 수 있도록 하는 반도체 소자 및 반도체 소자 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 발광 소자의 상면에 위치하는 파장 변환층의 표면을 곡면으로 형성하여 반도체 소자 외부로 출력되는 광출력을 향상시키는 것이다.
본 발명에 따른 반도체 소자는, 발광 소자; 상기 발광 소자를 둘러싸는 파장 변환층; 및 상기 발광 소자의 측면에 위치하는 파장 변환층을 둘러싸는 금속층;을 포함하되, 상기 발광 소자의 상면에 위치하는 파장 변환층의 표면은 곡면이다.
본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 발광 소자의 상면에 위치하는 파장 변환층의 표면을 곡면으로 형성하여 반도체 소자 외부로 출력되는 광출력을 향상시키는 것이다.
본 발명에 따른 반도체 소자는, 발광 소자; 상기 발광 소자를 둘러싸는 파장 변환층; 및 상기 발광 소자의 측면에 위치하는 파장 변환층을 둘러싸는 금속층;을 포함하되, 상기 발광 소자의 상면에 위치하는 파장 변환층의 표면은 곡면이다.
Description
본 발명은 LED 등의 전자부품에 적용되는 반도체 소자에서, 반도체 소자가 포함하는 발광 소자의 상면에 위치하는 파장 변환층의 표면을 곡면으로 형성하여 반도체 소자 외부로 출력되는 광출력을 향상시키고, 파장 변환층을 둘러싸는 금속층을 금속으로 구현하여 광의 반사율을 높이고, 이에 따라 발광 소자에서 발산된 광이 발광 소자의 상면에 위치하는 파장 변환층을 통해 출력될 수 있도록 하는 반도체 소자 및 반도체 소자 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 전기에너지를 빛 에너지로 변환하는 화합물 반도체 소자로서, 화합물반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
질화물반도체 발광소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 갖고 있다. 따라서, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
종래에는 발광소자가 발산한 빛을 반사시키는 금속층으로 실리콘을 사용하였다. 하지만, 실리콘은 내화학성 및 내열성이 낮아서, 발광소자가 출력한 열로 인해 변형되는 문제가 있다.
즉, 실리콘은 발광소자가 구동함에 따른 열 및 광자(Photon)로 인해 크랙이 발생되는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 발광 소자의 상면에 위치하는 파장 변환층의 표면을 곡면으로 형성하여 반도체 소자 외부로 출력되는 광출력을 향상시키는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 파장 변환층을 둘러싸는 금속층을 금속으로 구현하여 광의 반사율을 높이고, 발광소자가 구동함에 따른 열 및 광자(Photon)로 인한 손상이 없는 내구성이 높은 반도체 소자를 제공하는 것이다.
한편, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 위에서 언급한 과제들로만 제한되지는 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제들이 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자는, 발광 소자; 상기 발광 소자를 둘러싸는 파장 변환층; 및 상기 발광 소자 하부 및 상기 파장 변환층 측면 및 상부에 배치되는 금속층을 포함하되, 상기 파장 변환층은 상기 발광소자의 상면에 위치하는 한쌍의 전극 패드를 노출시키는 홀을 포함 을 포함한다.
상기 반도체 소자는 상기 발광 소자로부터 일정 거리 이격되어 파장 변환층 및 금속층 사이에 배치된 측벽;을 더 포함하고, 상기 파장 변환층의 상면은 볼록 곡면 또는 오목 곡면이다.
상기 금속층은, 상기 발광소자의 측면 및 상면 일부를 감싸는 파장 변환환층 하면, 측면 및 상면과 접촉상기 금속층은, 상기 발광 소자의 가장자리 바깥쪽에 위치한 파장 변환층 상부의 일부 또는 전부와 접촉한다.
상기 금속층은, 일부가 다른 일부와 10~200um의 간격을 두고 발광소자 하부에 위치한다.
반도체 소자 제조 방법은 기판 상부에 발광 소자물을 형성하는 발광 구조물 형성 단계; 발광 구조물 위에 포토레지스트를 도포하는 포토레지스트 도포 단계; 기판을 다이싱하여 복수의 개별 발광 소자로 분리하는 발광 소자 분리 단계; 복수개의 발광 소자를 일정 간격을 배치하는 발광 소자 배치 단계; 발광 소자 양측에 측벽을 배치하는 측벽 배치 단계; 두개의 측벽 사이에 위치한 발광 소자를 덮도록 형광체를 디스펜싱하여 파장 변환층을 형성하는 파장 변환층 형성 단계; 발광 소자 위에 도포된 포토레지스트를 제거하는 포토레지스트 제거 단계; 발광 소자의 측면에 위치하는 파장 변환층을 둘러싸도록 반사층을 형성하는 반사층 형성 단계; 를 포함한다.
상기 측벽은 소수성 또는 친수성이다.
상기 발광 소자의 상면에 위치하는 파장 변환층의 표면은, 볼록 곡면 또는 오목 곡면이다.
본 발명은 발광 소자의 상면에 위치하는 파장 변환층의 표면을 곡면으로 형성하여 반도체 소자 외부로 출력되는 광출력을 향상시키는 것이다.
본 발명은 파장 변환층을 둘러싸는 금속층을 금속으로 구현하여 광의 반사율을 높이고, 발광소자가 구동함에 따른 열 및 광자(Photon)로 인한 손상이 없는 내구성이 높은 반도체 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 더 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다.
도 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다.
도 2d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다.
도 2e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 평면도이다.
도 2f는 도 2e에 따른 반도체 소자를 1번 방향으로 절단한 단면도이다.
도 2g는 도 2e에 따른 반도체 소자를 2번 방향으로 절단한 단면도이다.
도 2h는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 평면도이다.
도 2i는 도 2h에 따른 반도체 소자를 1번 방향으로 절단한 단면도이다.
도 2j는 도 2h에 따른 반도체 소자를 2번 방향으로 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 발광 구조물 및 한쌍의 전극 패드의 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법의 흐름도이다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법의 흐름도이다.
도 5a~o는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다.
도 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다.
도 2d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다.
도 2e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 평면도이다.
도 2f는 도 2e에 따른 반도체 소자를 1번 방향으로 절단한 단면도이다.
도 2g는 도 2e에 따른 반도체 소자를 2번 방향으로 절단한 단면도이다.
도 2h는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 평면도이다.
도 2i는 도 2h에 따른 반도체 소자를 1번 방향으로 절단한 단면도이다.
도 2j는 도 2h에 따른 반도체 소자를 2번 방향으로 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 발광 구조물 및 한쌍의 전극 패드의 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법의 흐름도이다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법의 흐름도이다.
도 5a~o는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 반도체 소자와 반도체 소자 제조 방법은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 나아가 제안된 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소들과는 상관없이 이 구성요소를 반드시 포함한다는 의미이지 다른 구성 요소들의 포함 가능성을 배제하고자 하는 것이 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 나아가, 명세서 전체에서 신호는 전압이나 전류 등의 전기량을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다. 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다. 도 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다. 도 2d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다. 도 2e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 평면도이다. 도 2f는 도 2e에 따른 반도체 소자를 1번 방향으로 절단한 단면도이다. 도 2g는 도 2e에 따른 반도체 소자를 2번 방향으로 절단한 단면도이다. 도 2h는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 평면도이다. 도 2i는 도 2h에 따른 반도체 소자를 1번 방향으로 절단한 단면도이다. 도 2j는 도 2h에 따른 반도체 소자를 2번 방향으로 절단한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 발광 구조물(110) 및 한쌍의 전극 패드(114, 115)의 단면도이다.
본 발명에 따른 반도체 소자는 발광 소자(130); 상기 발광 소자(130)를 둘러싸는 파장 변환층(141, 142); 및 상기 발광 소자(130)의 하부 및 상기 파장 변환층(141, 142) 상부에 배치되는 금속층(151, 152);을 포함한다.
본 발명에 따른 반도체 소자는 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)일 수 있는데, 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 이용되는 반도체 소자의 일종이다.
발광 다이오드는 저전압으로 고효율의 광을 발생시키므로 에너지 절감에 유리하고, 최근 들어 발광 다이오드의 한계였던 휘도 문제가 크게 개선되면서 백라이트 유닛(Backlight Unit), 전광판, 표시기, 가전제품, 각종 자동화 기기 등 산업 전반에 걸쳐 이용되고 있다.
도 3을 참조하면, 발광소자는 기판(120), 발광 구조물(110) 및 한쌍의 전극과 전극패드(114, 115)을 포함한다.
기판(120)은 절연성 또는 도전성 기판(120)일 수 있으며, 사파이어, SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다. 기판(120)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이거나 캐리어 웨이퍼일 수 있다.
기판(120) 상면에 마이크로 렌즈 어레이 패턴이 형성될 수 있다. 이 마이크로 렌즈 어레이 패턴은 기판(120)을 직접 식각하여 형성될 수도 있고, 기판(120) 위에 부도체 물질인 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(SiNx), 또는 금속 산화막(MgO) 등으로 형성될 수도 있다.
기판(120)의 두께는 150~250um으로 형성될 수 있다. 기판(120)의 두께가 증가하면 광속이 증가하지만, 기판(120)의 열전도성이 낮기때문에 기판(120)의 두께는 150~250um으로 형성된다.
발광 구조물(110)은 제1도전형 반도체층(111), 활성층(112) 및 제2도전형 반도체층(113)을 포함할 수 있다.
발광 소자(130)는 플립칩 타입LED(flip chip type), 래터럴 타입(lateral type) 또는 버티컬 타입(vertical type)일 수 있다. 바람직하게, 발광 소자(130)는 래터럴 타입이다.
제1도전형 반도체층(111)에는 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1도전형 반도체층(111)이 n형 반도체인 경우 제1도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn 및 Te 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1도전형 반도체층(111)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체, 예를 들어 InX1Aly1Ga1-x1-y1N (0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체를 포함하며 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도시되지 않았으나, 제1도전형 반도체층(111)과 기판(120)사이에는 버퍼층이 형성될 수 있다. 버퍼층은 기판(120) 상에 구비된 발광구조물과 기판(120)의 격자부정합을 완화할 수 있다. 버퍼층은 3족과 5족 원소가 결합된 형태 또는 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 선택적으로 포함할 수 있다. 버퍼층에는 도펀트가 도핑될 수도 있으나, 이에 한정하지 않는다. 버퍼층은 기판(120)상에 단결정으로 성장할 수 있으며, 단결정으로 성장한 버퍼층은 제1도전형 반도체 층의 결정성을 향상시킬 수 있다.
활성층(112)은 제1도전형 반도체층(111) 상에 배치된다. 활성층(112)은 단일양자우물, 다중양자우물, 양자 선 구조 또는 양자 점 구조 중 선택적으로 포함할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
활성층(112)은 제1도전형 반도체 층을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2도전형 반도체층(113)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나, 활성층(112)의 형성물질에 따른 에너지 밴드의 밴드갭 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다.
제2도전형 반도체층(113)은 활성층(112) 상에 배치된다.
제2도전형 반도체층(113)은 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2도전형 반도체층(113)이 p형 반도체인 경우 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Wn, Ca, Sr 및 Ba 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2도전형 반도체층(113)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체, 예를 들어 Inx5A1y2Gaa1-x5-y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체를 포함하며 A1InN, A1GaAs, GaP, GaAs, GaAsP, A1GaInP 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1도전형 반도체층(111)이 n형 반도체층이고, 제2도전형 반도체층(113)이 p형 반도체층인 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1도전형 반도체층(111)이 p형 반도체층이고, 제2도전형 반도체층(113)이 n형 반도체층일 수 있다.
도시되지 않았으나, 활성층(112)과 제2도전형 반도체층(113)사이에는 전자차단층 (EBL, Electron Blocking Layer)이 형성될 수 있다. 전자차단층(EBL)은 전자차단 및 제1도전형 반도체층(111)에서 공급된 전자(또는 정공)가 제2도전형 반도체층(113)으로 빠져나가는 흐름을 차단하여 활성층(112)내에서 전자와 정공이 재결합할 확률을 높여 발광 효율을 개선할 수 있다. 전자차단층의 에너지 밴드갭은 활성층(112) 또는 제2도전형 반도체층(113)의 에너지 밴드갭보다 클 수 있다.
전자차단층(EBL)은 Inx1A1y1Ga1-x1-y1N (0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, A1GaN, InGaN, InA1GaN 등에서 하나를 포함할 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
전자차단층(EBL)은 초격자(superlattice) 구조로 이루어질 수 있는데, 초격자는 제2도전형 도펀트로 도핑된 A1GaN이 배치될 수 있고, 알루미늄의 조성비를 달리하는 GaN이 층(layer)을 이루어 복수개가 서로 교대로 배치될 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
제 2 전극 패드(114)는 제2도전형 반도체층(113)의 일면에 배치될 수 있다. 제 1 전극 패드(115)는 제1도전형 반도체층(111)의 일면에 배치될 수 있다.
발광 구조물(110)는 제2도전형 반도체층(113) 상면에 유리 전극(미도시)를 더포함할 수 있다. 상기 유리 전극은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tinoxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tinoxide), GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다.
또한, 제 1 전극 패드(115) 및 제 2 전극 패드(114)는 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi 중에서 선택된 금속을 더 포함할 수 있다.
파장 변환층(141, 142)은 상기 발광 소자(130)를 둘러싼다. 파장 변환층(141, 142)은 발광 소자(130) 상면에 위치한 한쌍의 전극 패드(114, 115)를 제외한 발광 소자(130)의 상면 및 측면을 둘러싼다. 발광 소자(130)가 플립칩 형태인 경우 전극 패드는 발광 소자(130)의 하면에 위치한다. 즉, 발광 소자(130)가 플립칩 형태인 경우 파장 변환층(141, 142)은 발광 소자(130)의 상면 및 측면 모두를 둘러싼다.
상기 전극(114, 115) 상부에 파장변환층은 위치하지 않고, 상기 전극(114, 115)과 후술할 금속층(151, 152)은 연결될 수 있다.
파장 변환층(141, 142)은 유리(glass)일 수 있다.. 파장 변환층(141, 142)은 SiOx(x=1~2)일 수 있다.
파장 변환층(141, 142)의 파장변환물질은 발광소자에서 방출된 광을 흡수, 혼합하여 백색광을 제공할 수 있다. 파장변환물질은 형광체일 수 있다.
형광체는 황화물계, 산화물계 또는 질화물계 중 하나 일 수 있으며, 형광체의 종류를 한정하지 않는다. 발광소자가 자외선 파장대의 광을 방출하는 경우 형광체는 녹색 형광체, 청색 형광체 및 적색 형광체가 선정될 수 있다. 발광소자가 청색 파장 대의 광을 방출하는 경우 형광체는 황색형광체 또는 적색형광체 및 녹색형광체의 조합 또는 황색형광체, 적색형광체 및 녹색형광체의 조합이 선정될 수 있다.
금속층(151, 152)은 제 1 금속층(152) 및 제 2 금속층(151)을 포함한다.
금속층(151, 152)은 상기 발광 소자 하부, 측면 및 상기 파장 변환층 상부에 배치된다. 발광 소자(130)에서 전방위로 발산된 빛 중 금속층(151, 152)으로 발산된 빛은 금속층(151, 152)에 반사되어 상면에 위치한 파장 변환층(143)을 통해 출력된다.
금속층(151, 152)은 파장 변환환층 하면, 측면 및 상면과 접촉한다. 금속층(151, 152)은 발광소자의 측면 및 상면 일부를 감싸는 파장 변환환층 하면, 측면 및 상면과 접촉한다.
제 1 금속층(152)은 발광소자의 좌측면 및 상면 일부를 감싸는 파장 변환환층 하면, 측면 및 상면과 접촉한다. 제 2 금속층(151)은 발광소자의 우측면 및 상면 일부를 감싸는 파장 변환환층 하면, 측면 및 상면과 접촉한다.
도 1 에 도시된 반도체 소자가 포함하는 파장 변환층(141, 142)은 발광 소자(130)를 둘러싸고, 상면이 평평한 평면이다. 이 경우, 파장 변환층(141, 142)은 디스펜싱 또는 SOG공정을 통해 형성될 수 있다.
반도체 소자는 상기 발광 소자로부터 일정 거리 이격되어 파장 변환층 및 금속층 사이에 배치된 측벽;을 더 포함하고, 상기 파장 변환층의 상면은 볼록 곡면 또는 오목 곡면이다.
도 5 (a1) 및 (b1)는 측벽이 존재하는 실시예를 도시하는데, 상기 측벽의 성분은 화이트 실리콘이다. 화이트 실리콘은 소수성 또는 친수성이다. 화이트 실리콘인 측벽은 파장 변환층(141, 142)의 상면을 곡면으로 만든 이후 제거되지 않는다.
도 5 (a2) 및 (b2)는 측벽이 존재하지 않는 실시예를 도시한다. 측벽이 존재하지 않는 실시예에서는 파장 변환층(141, 142)의 상면을 곡면으로 형성시키는 과정에서 포토레지스트 기둥이 사용된다. 포토 레지스트 기둥은 사용된 후에 제거된다.
즉, 측벽은 화이트 실리콘 또는 포토레지스트일 수 있다. 화이트 실리콘인 측벽은 도 5 (a1) 및 (b1)에 도시된 것 처럼 파장 변환층 및 금속층 사이에 배치된다. 포토레지스트인 측벽은 도 5 (a2) 및 (b2)에 도시된 것 처럼 파장 변환층(141, 142)의 상면을 곡면으로 형성한 후 제거되어 존재하지 않는다.
발광 소자(130)의 상면에 위치하는 파장 변환층(141, 142)의 표면은 곡면이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 것처럼, 파장 변환층(141, 142)의 상면은 볼록한 형태로 형성될 수 있다.
파장 변환층(141, 142)은 친수성이기 때문에 측벽이 소수성인 경우 후술할 파장 변환층(141, 142)의 상면은 볼목한 형태로 형성된다. 반도체 소자의 공정 과정에서 경화되기전의 파장 변환층(141, 142)은 친수성이기 때문에 측벽이 소수성인 경우 파장 변환층(141, 142)의 상면은 볼록한 형태로 경화된다.
도 2c 및 도 2d에 도시된 것처럼, 파장 변환층(141, 142)의 상면은 오목한 형태로 형성될 수 있다.
파장 변환층(141, 142)은 친수성이기 때문에 측벽이 친수성인 경우 후술할 파장 변환층(141, 142)의 상면은 볼록한 형태로 형성된다. 반도체 소자의 공정 과정에서 경화되기전의 파장 변환층(141, 142)은 친수성이기 때문에 측벽이 친수성인 경우 파장 변환층(141, 142)의 상면은 오목한 형태로 경화된다.
발광 소자(130)를 둘러싸는 파장 변환층(141, 142)의 상면의 형태가 오목 또는 볼록해짐에 따라 내부 전반사(internal reflection)가 줄어들어, 반도체 소자의 광출력이 향상된다.
상기 파장 변환층(141, 142)은 상기 발광소자(130)의 상면에 위치하는 한쌍의 전극 패드(114, 115)를 노출시키는 홀을 포함한다.
파장 변환층(141, 142)은 홀을 포함한다. 파장 변환층(141, 142)은 전극 패드(114, 115)의 상면을 노출시키는 홀을 포함한다. 금속층(151, 152)은 발광 소자(130)의 하부, 파장 변환층(141, 142) 측면, 상부 및 홀 내부를 따라 연장 되어 노출된 전극 패드(114, 115)와 전기적으로 연결된다.
금속층(151, 152)은 발광 소자(130)의 측면과 상면 일부를 감싸는 파장 변환층(142)과 접촉한다,
도 2e는 발광 소자(130)의 측면 및 상면 일부를 감싸는 파장 변환환층 (140)의 측면 및 상면을 둘러싸는 금속층(150)을 도시한다. 상기 금속층(151, 152)은 발광 소자(130)의 측면 및 상면 일부를 감싸는 파장 변환환층(140)의 측면 및 상면을 둘러싸고 제 1 전극 패드(115) 및 제 2 전극 패드(114)와 전기적으로 연결된다.
전기적인 쇼트를 방지하기 위해 제 1 금속층(152) 및 제 2 금속층(151)은 물리적으로 분리되고, 이에 따라 파장 변환층(140)의 일부가 노출된다. 상기 파장 변환층(140)의 노출된 부분에 화이트 실리콘 또는 수지가 위치하여 파장 변환층(140)이 완전히 가려질 수 있다.
도 2e에서 발광 소자(130)의 가장자리 바깥쪽에 위치한 파장 변환층(140)의 일부, 제 1 전극 패드(115) 및 제 2 전극 패드(114)는 금속층(150)에 의해 가려진다.
도 2e에서 제 1 전극(117) 및 제 2 전극(116)은 발광 소자(130)의 가장자리 안쪽에 위치한 파장 변환층(140)에 의해 가려진다. 도 2f는 도 2e에 따른 반도체 소자를 1번 방향으로 절단한 단면도이고, 도 2g는 도 2e에 따른 반도체 소자를 2번 방향으로 절단한 단면도이다.
도 2h는 발광 소자(130)의 측면 및 상면 일부를 감싸는 파장 변환환층 (140)의 측면 및 상면을 둘러싸는 금속층(150)을 도시한다. 상기 금속층(151, 152)은 발광 소자(130)의 가장자리 바깥쪽에 위치한 파장 변환층(140)의 일부를 둘러싸고 제 1 전극 패드(115) 및 제 2 전극 패드(114)와 전기적으로 연결된다. 즉, 금속층(151, 152)은 발광 소자(130)의 하부로부터 전극 패드(114, 115)를 연결하는 경로 상에 위치하여, 파장 변환층(140) 일부만을 둘러싼다.
도 2h에서 발광 소자(130)의 가장자리 바깥쪽에 위치한 파장 변환층(140)의 일부, 제 1 전극 패드(115) 및 제 2 전극 패드(114)는 금속층(151, 152)에 의해 가려진다.
도 2h에서 제 1 전극(117) 및 제 2 전극(116)은 발광 소자(130)의 가장자리 안쪽에 위치한 파장 변환층(140)에 의해 가려진다. 도 2h에서 1점 쇄선으로 표시된 발광 소자(130)의 상면은 파장 변환층(140) 및 금속층(151, 152)에 의해 가려진다. 도 2i는 도 2h에 따른 반도체 소자를 1번 방향으로 절단한 단면도이고, 도 2j는 도 2h에 따른 반도체 소자를 2번 방향으로 절단한 단면도이다.
금속층(151, 152)은 금속이다. 상기 금속층(151, 152)은 Cr, Al, Ni, Au중 적어도 하나를 포함한다. 상기 금속은 Cr, Al, Ni, Au를 포함할 수 있다.
Cr은 파장 변환층(141, 142)과의 접착력을 향상시키기 위해 사용된다. 즉, Cr은 금속층(151, 152)의 가장 가장자리인 파장 변환층(141, 142)과 접촉하는 부분에 존재한다. Cr의 두께는 20Å일 수 있다. Cr 대신 Ti가 사용될 수 있다.
Al은 금속층(151, 152)의 반사율을 충분히 확보하기 위해 사용되며, Cr과 인접하여 위치한다. Al은 1000Å이상 3000Å이하의 두께로 형성된다.
Ni은 Al의 산화를 방지하기 위해 사용되며, Al에 인접하여 위치한다. Ni은 3000Å이하의 두께로 형성된다.
Au는 발광 소자(130)에 전압을 인가하기 위해 사용되며, Ni에 인접하여 위치하고, 금속층(151, 152)의 가장자리에 위치한다. Au는 7000Å이하의 두께로 형성된다.
금속층(151, 152)은 발광 소자(130)가 발산하는 빛을 반사 시키기도 하지만, 발광 소자(130)가 포함하는 한쌍의 전극 패드(114, 115)와 연결되어 전류를 공급한다.
상기 금속층(151, 152)은, 일부(151)가 다른 일부(152)와 10~200um의 간격을 두고 발광소자 하부에 위치한다. 기판(120) 하부에 위치한 제2 금속층(151)과 제1 금속층(152)은 10~200um의 간격을 두고 배치된다. 상기 간격이 좁을수록 빛의 반사율은 향상되지만, 제 1 금속층 (151)과 제 2 금속층 (152)이 전기적으로 연결되어 쇼트의 가능성도 높아진다. 따라서 두 금속층 (151, 152)은 쇼트가 나지 않는 범위에서 최대한 가깝게 위치한다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법의 흐름도이다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법의 흐름도이다.
도 5 a~o는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a에 따른 반도체 소자 제조 방법은 기판(120) 상부에 발광 소자(130)물을 형성하는 발광 구조물(110) 형성 단계(S610); 발광 구조물(110) 위에 포토레지스트(160)를 도포하는 포토레지스트(160) 도포 단계(S620); 발광 구조물(110)이 상부에 위치하는 기판(120)을 다이싱하여 복수의 개별 발광 소자(130)로 분리하는 발광 소자(130) 분리 단계(S630); 복수개의 발광 소자(130)를 일정 간격을 배치하는 발광 소자(130) 배치 단계(S640); 발광 소자(130) 양측에 포토레지스트 기둥(170)을 배치하는 포토레지스트 기둥(170) 배치 단계(S650); 두개의 포토레지스트 기둥(170) 사이에 위치한 발광 소자(130)를 덮도록 형광체를 디스펜싱하여 파장 변환층(141, 142)을 형성하는 파장 변환층(141, 142) 형성 단계(S660); 발광 소자(130) 위에 도포된 포토레지스트(160)를 제거하는 포토레지스트(160) 제거 단계(S670); 발광 소자(130)의 측면에 위치하는 파장 변환층(141, 142)을 둘러싸도록 금속층(151, 152)을 형성하는 반사층 형성 단계(S680); 를 포함한다.
도 4b는 도 4a와 달리 포토레지스트 도포 단계 대신 전극기둥 배치 단계(S720)을 더 포함합니다. 이에 대한 설명은 후술한다.
도 5 a는 본 발명에 따른 발광 구조물(110) 형성 단계(S610, S710)를 설명하기 위한 도면이다.
발광 구조물(110) 형성 단계는 기판(120) 상부에 발광 소자(130)물을 형성한다.
기판(120)은 절연성 또는 도전성 기판(120)일 수 있으며, 사파이어, SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다. 기판(120)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이거나 캐리어 웨이퍼일 수 있다.
기판(120) 상면에 마이크로 렌즈 어레이 패턴이 형성될 수 있다. 이 마이크로 렌즈 어레이 패턴은 기판(120)을 직접 식각하여 형성될 수도 있고, 기판(120) 위에 부도체 물질인 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(SiNx), 또는 금속 산화막(MgO) 등으로 형성될 수도 있다.
기판(120)의 두께는 150~250um으로 형성될 수 있다. 기판(120)의 두께가 증가하면 광속이 증가하지만, 기판(120)의 열전도성이 낮기 때문에 기판(120)의 두께는 150~250um으로 형성된다.
기판(120) 하부에는 반사율 향상을 위해 제 2 반사층이 위치할 수 있다. 제 2 반사층은 DBR(Diffuse Brag's Reflector) 또는 메탈 리플렉터(Metal Reflector)이다.
발광 구조물(110)은 제1도전형 반도체층(111), 활성층(112) 및 제2도전형 반도체층(113)을 포함할 수 있다. 즉, 기판(120) 상부에 제1도전형 반도체층(111), 활성층(112) 및 제2도전형 반도체층(113)이 순차적으로 적층된다.
도 5 b는 본 발명에 따른 포토레지스트(160) 도포 단계(S620)를 설명하기 위한 도면이다.
포토레지스트(160) 도포 단계는 발광 구조물(110) 위에 포토레지스트(160)를 도포한다. 자세하게, 발광 구조물(110) 상면에 위치하는 P형 전극 패드인 제 2 전극 패드(114) 및 N형 전극패드인 제 1 전극 패드(115) 위에 포토레지스트(160)를 도포한다. 후술할 형광체가 상기 전극(114, 115)을 덮지 못하도록 포토레지스트(160)를 상기 전극(114, 115) 위에 도포한다. 포토레지스트(160)는 감광성 물질이다.
포토레지스트 대신 전극기둥을 발광 구조물(110) 상에 위치된 전극 패드 상에 배치할 수 있다(S720). 전극 기둥은 추가 도금이나 범프 공정을 통해 형성될 수 있다.
도 5 c는 본 발명에 따른 발광 소자(130) 분리 단계(S630, S730)를 설명하기 위한 도면이다.
발광 소자(130) 분리 단계는 기판(120)을 다이싱하여 복수의 개별 발광 소자(130)로 분리한다. 발광 소자(130) 분리 단계는 레이저(Laser)를 이용하여 기판(120)을 개별 발광 소자(130)로 분리할 수 있다. 발광 소자(130)는 전술한 기판(120) 및 발광 소자(130)물을 포함한다. 이에 한정되는 것은 아니고 다이서(Dicer)를 통해 기판(120)을 다이싱할 수 있다.
도 5 d는 본 발명에 따른 발광 소자(130) 배치 단계(S640, S740)를 설명하기 위한 도면이다.
발광 소자(130) 배치 단계는 복수개의 발광 소자(130)를 일정 간격을 배치한다. 발광 소자(130) 배치 단계는 개별 발광 소자(130)를 연신이 가능한 필름 상단에 위치시키고 발광 소자(130) 간 간격이 기설정된 수치가 되도록 필름을 늘린다.
상기 연신이 가능한 플름은 블루 시트(Blue sheet)일 수 있다.
발광 소자(130) 배치 단계는 연신이 가능한 필름을 사용하지 않고 분리된 발광 소자(130)들을 일정한 간격으로 배치할 수 있다.
전술한 발광 소자(130) 간 간격에 기초하여 발광 소자(130)를 덮는 형광체의 함량이 결정된다.
도 5 e는 본 발명에 따른 측벽(170) 배치 단계(S650, S750)를 설명하기 위한 도면이다. 측벽(170) 배치 단계는 발광 소자(130) 양측에 측벽(170)을 배치한다.
측벽(170)의 두께는 발광 소자(130)의 두께보다 더 두꺼울 수 있다. 발광 구조물(110)의 측면을 후술할 형광체로 덮기 위함이다.
측벽(170)은 소수성 또는 친수성이다. 후술할 파장 변환층은 친수성이기 때문에 측벽(170)이 소수성인 경우 후술할 파장 변환층(141, 142)은 볼록한 형태로 형성된다. 후술할 파장 변환층(141, 142)은 친수성이기 때문에 측벽 (170)이 친수성인 경우 후술할 파장 변환층(141, 142)은 오목한 형태로 형성된다.
측벽은 화이트 실리콘 또는 포토레지스트일 수 있다. 화이트 실리콘인 측벽은 공정 후에 제거되지 않는다. 포토레지스트인 측벽은 파장 변환층(141, 142)의 상면을 곡면으로 형성한 후 제거되어 존재하지 않는다.
도 5f은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환층 형성 단계(S660) 를 설명하기 위한 도면이다. 도 5g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 변환층 형성 단계(S760)를 설명하기 위한 도면이다.
도 5f는 측벽(170)이 소수성인 경우 파장 변환층 형성 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 5g는 측벽(170)이 친수성인 경우 파장 변환층 형성 단계를 설명하기 위한 도면이다.
파장 변환층 형성 단계는 두개의 측벽(170) 사이에 위치한 발광 소자(130)를 덮도록 유리 및 형광체를 디스펜싱하여 파장 변환층을 형성한다.
파장 변환층 형성 단계는 유리 및 형광체를 디스펜싱 공정을 통해 발광 소자(130)를 덮도록 도포한다.
파장 변환층 형성 단계는 디스펜싱 공정에 한정되는 것은 아니고, SOG(Spin on glass) 공정, 스크린 프린팅(Screen printing) 공정, 스프레이 코팅(Spray coating) 공정을 통해 파장 변환층을 형성할 수 있다.
파장 변환층의 상면을 평평하게 할 경우, SOG(Spin on glass) 공정, 스크린 프린팅(Screen printing) 공정, 스프레이 코팅(Spray coating) 공정이 적용될 수 있다.
파장 변환층의 상면을 곡면으로 할 경우, 디스펜싱 공정이 적용될 수 있다.
상기 발광 소자(130)의 상면에 위치하는 파장 변환층의 표면은 볼록 곡면 또는 오목 곡면이다. 측벽(170)이 소수성인 경우 파장 변환층의 표면은 볼록해진다. 측벽(170)이 친수성인 경우 파장 변환층의 표면은 오목해진다.
도 5h 내지 k는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트(160) 제거 단계(S670)를 설명하기 위한 도면이다. 도 5 i는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토레지스트(160) 제거 단계(S770)를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 h, i는 측벽(170)이 소수성인 경우 포토레지스트(160) 제거 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 5 j, k는 측벽(170)이 친수성인 경우 포토레지스트(160) 제거 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 5 h 및 j는 포토레지스트 성부의 측벽(170) 자체를 제거한 실시예를 도시한다. 도 5 i 및 k는 화이트 실리콘 성분의 측벽(170)의 중심을 기준으로 측벽(170)을 절단한 실시예를 도시한다.
포토레지스트 제거 단계(S670, S770)는 발광 소자(130) 위에 도포된 포토레지스트(160)를 제거한다. 포토레지스트(160)는 아세톤(Aceton) 또는 스트리퍼(Striper)를 통해 제거될 수 있다. 포토레지스트(160) 제거 단계는 포토레지스트 성분의 측벽(170)도 같이 제거 할 수 있다. 포토레지스트 제거 (S670)는 포토레지스트 성분의 측벽(170) 자체를 제거할 수 있다.
포토레지스트 제거 (S670)에서 레이저 다이싱 또는 소잉(Sawing)을 통해 화이트 실리콘 성분의 측벽(170)을 반으로 절단할 수 있다. 상기 소잉은 다이아몬드 톱(diamond saw)을 이용한다.
포토레지스트 제거 단계는 한쌍의 전극 패드(114, 115) 상면에 위치한 포토레지스트(160)를 제거하고, 개별 발광소자 측면에 위치한 포토레지스트 성분의 측벽(170)을 제거하거나, 화이트 실로콘 성분의 측벽(170)의 중심을 기준으로 측벽(170)을 절단한다.
도 5 l 내지 o은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속층(151, 152) 형성 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 5 m는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속층(151, 152) 형성 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 l, m는 측벽(170)이 소수성인 경우 금속층(151, 152) 형성 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 5 n, o는 포토레지스트 기둥(170)이 친수성인 경우 금속층(151, 152) 형성 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 5 l 및 n는 측벽(170)이 존재하지 않는 실시예를 도시한다. 도 5 m 및 o는 측벽(170)이 존재하는 실시예를 도시한다.
금속층(151, 152) 형성 단계는 발광 소자(130)의 측면에 위치하는 파장 변환층(141, 142)을 둘러싸도록 금속층(151, 152)을 형성한다.
금속층(151, 152) 형성 단계는 금속층(151, 152)을 발광 소자(130) 하부 상부 측면에 증착시킨다. 금속층(151, 152) 형성 단계는 이-빔(e-beam) 또는 스퍼터(sputter)를 통해 금속층(151, 152)을 증착 시킨다.
상기 금속층(151, 152)은 금속이다. 상기 금속층(151, 152)은 발광 소자(130)의 상부와 기판(120) 하부를 연결하여 발광 소자(130)와 기판(120)은 전기적으로 연결된다.
이상과 같이 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 본 발명의 기술적 사상과 필수적 특징을 유지한 채로 다른 형태로도 실시될 수 있음을 인지할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시 예들은 단지 예시적인 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 앞의 실시예들로만 제한하고자 하는 것이 아니다. 또한, 도면에 도시된 순서도들은 본 발명을 실시함에 있어서 가장 바람직한 결과를 얻기 위해 예시적으로 도시한 순서에 불과하며, 다른 단계들이 더 추가되거나 일부 단계들이 삭제될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 범위는 청구범위에 의하여 규정될 것이지만, 청구범위 기재사항으로부터 직접적으로 도출되는 구성은 물론 그와 등가인 구성으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 발광 구조물
111: 제1도전형 반도체층
112: 활성층
113: 제2도전형 반도체층
114: 제 2 전극 패드
115: 제 1 전극 패드
116: 제2전극
117: 제1전극
120: 기판
130: 발광 소자
140: 파장 변환층
141: 파장 변환층
142: 파장 변환층
143: 파장 변환층
150: 금속층
151: 제 2 금속층
152: 제 1 금속층
160: 포토레지스트
170: 측벽
111: 제1도전형 반도체층
112: 활성층
113: 제2도전형 반도체층
114: 제 2 전극 패드
115: 제 1 전극 패드
116: 제2전극
117: 제1전극
120: 기판
130: 발광 소자
140: 파장 변환층
141: 파장 변환층
142: 파장 변환층
143: 파장 변환층
150: 금속층
151: 제 2 금속층
152: 제 1 금속층
160: 포토레지스트
170: 측벽
Claims (7)
- 발광 소자;
상기 발광 소자를 둘러싸는 파장 변환층; 및
상기 발광 소자 하부 및 상기 파장 변환층 측면 및 상부에 배치되는 금속층을 포함하되,
상기 파장 변환층은 상기 발광소자의 상면에 위치하는 한쌍의 전극 패드를 노출시키는 홀을 포함하는
반도체 소자
- 제 1 항에 있어서,
상기 발광 소자로부터 일정 거리 이격되어 상기 파장 변환층과 상기 금속층 사이에 배치된 측벽;을 더 포함하고,
상기 파장 변환층의 상면은 볼록 곡면 또는 오목 곡면인 반도체 소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 금속층은,
상기 발광소자의 측면 및 상면 일부를 감싸는 파장 변환층의 하면, 측면 및 상면과 접촉하는 반도체 소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 금속층은,
일부가 다른 일부와 10~200um의 간격을 두고 발광소자 하부에 위치하는 반도체 소자
- 기판 상부에 발광 소자물을 형성하는 발광 구조물 형성 단계;
발광 구조물 위에 포토레지스트를 도포하는 포토레지스트 도포 단계;
기판을 다이싱하여 복수의 개별 발광 소자로 분리하는 발광 소자 분리 단계;
복수개의 발광 소자를 일정 간격을 배치하는 발광 소자 배치 단계;
발광 소자 양측에 측벽을 배치하는 측벽 배치 단계;
두개의 측벽 사이에 위치한 발광 소자를 덮도록 형광체를 디스펜싱하여 파장 변환층을 형성하는 파장 변환층 형성 단계;
발광 소자 위에 도포된 포토레지스트를 제거하는 포토레지스트 제거 단계;
발광 소자의 측면에 위치하는 파장 변환층을 둘러싸도록 반사층을 형성하는 반사층 형성 단계; 를 포함하는 반도체 소자 제조 방법
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