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KR102345751B1 - 반도체 발광소자 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

반도체 발광소자 패키지 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102345751B1
KR102345751B1 KR1020150000803A KR20150000803A KR102345751B1 KR 102345751 B1 KR102345751 B1 KR 102345751B1 KR 1020150000803 A KR1020150000803 A KR 1020150000803A KR 20150000803 A KR20150000803 A KR 20150000803A KR 102345751 B1 KR102345751 B1 KR 102345751B1
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reflective layer
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법은, 성장 기판 상에 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계, 상기 제2 도전형 반도체층이 형성된 상기 발광구조물의 제1 면 상에 반사층을 형성하는 단계, 상기 발광구조물의 상기 제1 면 상에 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 각각과 전기적으로 연결되며 상기 반사층으로부터 돌출되는 범프들을 형성하는 단계, 상기 발광구조물의 상기 제1 면 상에 지지 기판을 부착하는 단계, 상기 성장 기판을 제거하는 단계, 상기 성장 기판이 제거된 상기 발광구조물의 제2 면 상에 파장변환층이 코팅된 투광성 기판을 부착하는 단계, 및 상기 지지 기판을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 반사층은 상기 발광구조물의 측면의 적어도 일부 및 상기 범프들의 측면의 적어도 일부를 덮는다.

Description

반도체 발광소자 패키지 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 반도체 발광소자 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 종래의 광원에 비해 긴 수명, 낮은 소비전력, 빠른 응답 속도, 환경 친화성 등의 장점을 갖는 차세대 광원으로 알려져 있으며, 조명 장치, 디스플레이 장치의 백라이트 등 다양한 제품에서 중요한 광원으로 주목 받고 있다. 이러한 발광 다이오드는 조명장치 등 각종 장치에 장착되기 용이한 패키지형태로 제공된다.
다양한 방면으로 조명용으로서 LED의 용도가 확대됨에 따라 각 용도에 맞는 조명디자인의 자유도를 위해서 패키지의 크기는 작아져야 한다. 소형화와 함께, LED의 방열 및 발광 특성을 향상시키며 보다 단순화된 공정을 이용하여 제조 단가를 높이지 않는 패키지에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 종래의 광원에 비해 긴 수명, 낮은 소비전력, 빠른 응답 속도, 환경 친화성 등의 장점을 갖는 차세대 광원으로 알려져 있으며, 조명 장치, 디스플레이 장치의 백라이트 등 다양한 제품에서 중요한 광원으로 주목 받고 있다. 이러한 발광 다이오드는 조명장치 등 각종 장치에 장착되기 용이한 패키지형태로 제공된다.
다양한 방면으로 조명용으로서 LED의 용도가 확대됨에 따라 각 용도에 맞는 조명디자인의 자유도를 위해서 패키지의 크기는 작아져야 한다. 소형화와 함께, LED의 방열 및 발광 특성을 향상시키며 보다 단순화된 공정을 이용하여 제조 단가를 높이지 않는 패키지에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법은, 성장 기판 상에 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계; 상기 제2 도전형 반도체층이 형성된 상기 발광구조물의 제1 면 상에 반사층을 형성하는 단계; 상기 발광구조물의 상기 제1 면 상에 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 각각과 전기적으로 연결되며 상기 반사층으로부터 돌출되는 범프들을 형성하는 단계; 상기 발광구조물의 상기 제1 면 상에 지지 기판을 부착하는 단계; 상기 성장 기판을 제거하는 단계; 상기 성장 기판이 제거된 상기 발광구조물의 제2 면 상에 파장변환층이 코팅된 투광성 기판을 부착하는 단계; 및 상기 지지 기판을 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 반사층은 상기 발광구조물의 측면의 적어도 일부 및 상기 범프들의 측면의 적어도 일부를 덮을 수 있다.
일 예로, 상기 발광구조물의 측면은 상기 반사층 및 상기 파장변환층에 의해 커버될 수 있다.
일 예로, 상기 발광구조물의 적어도 일 측면은 서로 다른 상기 발광구조물의 두께 방향에 대하여 경사진 두 개 이상의 면들로 이루어질 수 있다.
일 예로, 상기 두 개 이상의 면들의 경계는 상기 파장변환층과 상기 반사층 사이의 경계에 대응할 수 있다.
일 예로, 상기 파장변환층은 상기 제1 도전형 반도체층과 마주하는 상기 투광성 기판의 일 면 상에 형성될 수 있다.
일 예로, 상기 반사층을 형성하는 단계는, 상기 발광구조물의 상기 제1 면 상에서, 상기 범프가 형성될 범프 형성 영역 및 상기 발광구조물이 패키지 단위로 절단되는 영역을 포함하는 분리 영역을 덮는 마스크층을 형성하는 단계; 상기 마스크층에 의해 노출된 상기 발광구조물을 덮도록 상기 반사층을 이루는 물질을 형성하는 단계; 평탄화 공정을 이용하여, 상기 마스크층의 상면이 노출되도록 상기 반사층을 이루는 물질을 일부 제거하는 단계; 및 상기 마스크층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 범프들을 형성하는 단계에서, 상기 범프들은 상기 반사층의 상면으로부터 돌출되도록 형성될 수 있다.
일 예로, 상기 반사층을 형성하는 단계 이전에, 상기 제1 도전형 반도체층의 일부가 노출되도록 상기 발광구조물을 메사 식각하는 단계; 및 상기 발광구조물의 상기 제1 면 상에 전극들 및 범프 패드들을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 지지 기판을 부착하는 단계에서, 상기 지지 기판은 접착층을 이용하여 부착될 수 있다.
일 예로, 상기 성장 기판을 제거하는 단계 이후에, 노출된 상기 발광구조물의 제2 면 상에 요철을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 성장 기판을 제거하는 단계 이후에, 상기 발광구조물의 일부를 제거하여, 상기 발광구조물을 패키지 단위로 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 지지 기판을 제거하는 단계 이후에, 상기 투광성 기판 및 상기 파장변환층을 패키지 단위로 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 단계들을 웨이퍼 레벨로 이루어지며, 상기 파장변환층도 웨이퍼 레벨로 부착될 수 있다.
일 예로, 웨이퍼 레벨로 제조된 복수의 패키지들 사이에서, 상기 파장변환층의 두께의 편차는 1 ㎛ 내지 3 ㎛의 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법은, 성장 기판 상에 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계; 상기 제2 도전형 반도체층이 형성된 상기 발광구조물의 제1 면 상에 반사층을 형성하는 단계; 상기 발광구조물의 상기 제1 면 상에 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 각각과 전기적으로 연결되고, 상기 반사층으로 둘러싸이며 상기 반사층 상으로 돌출되는 범프들을 형성하는 단계; 상기 발광구조물의 상기 제1 면 상에 지지 기판을 부착하는 단계; 상기 성장 기판을 제거하는 단계; 상기 발광구조물의 일부를 제거하여, 상기 발광구조물을 패키지 단위로 분리하는 단계; 상기 성장 기판이 제거된 상기 발광구조물의 제2 면 상에 파장변환층이 코팅된 투광성 기판을 부착하는 단계; 및 상기 지지 기판을 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 발광구조물의 측면은 상기 반사층 및 상기 파장변환층에 의해 커버될 수 있다.
일 예로, 상기 반사층을 형성하는 단계 이전에, 상기 제1 도전형 반도체층의 일부가 노출되도록 상기 발광구조물을 메사 식각하는 단계를 더 포함하고, 상기 발광구조물을 메사 식각하는 단계에 의해 상기 발광구조물의 측면을 이루는 제1 측면이 형성될 수 있다.
일 예로, 상기 발광구조물을 패키지 단위로 분리하는 단계에 의해, 상기 발광구조물의 측면을 이루며, 상기 제1 측면과 다른 경사를 가지는 제2 측면이 형성될 수 있다.
일 예로, 상기 투광성 기판을 부착하는 단계에서, 상기 파장변환층은 상기 발광구조물의 상기 제2 측면을 덮을 수 있다.
일 예로, 상기 반사층은 상기 발광구조물의 상기 제1 측면을 덮을 수 있다.
일 예로, 상기 반사층은 상기 발광구조물의 적어도 일 측에서 상기 파장변환층과 접할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지는, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 상기 발광구조물의 제1 면 상에 배치되며 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 각각과 전기적으로 연결되는 범프들; 상기 제1 면 상에 배치되며 상기 발광구조물의 측면의 적어도 일부 및 상기 범프들의 측면의 적어도 일부를 덮는 반사층; 및 상기 발광구조물의 상기 제1 면에 대향하는 제2 면 상에 배치되는 파장변환층을 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 파장변환층의 상부에 배치되는 투광성 기판을 더 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 발광구조물의 측면은 상기 반사층 및 상기 파장변환층에 의해 커버될 수 있다.
일 예로, 상기 발광구조물의 적어도 일 측면은 서로 다른 상기 발광구조물의 두께 방향에 대하여 경사진 두 개 이상의 면들로 이루어질 수 있다.
일 예로, 상기 두 개 이상의 면들의 경계는 상기 파장변환층과 상기 반사층 사이의 경계에 대응할 수 있다.
반사층을 이용하여 측면광을 제어할 수 있는 구조를 채택함으로써, 발광 특성 및 신뢰성이 향상되고 제조 비용이 절감될 수 있는 반도체 발광소자 패키지 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 주요 단계별 도면들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지에 포함되는 발광구조물을 개략적으로 도시하는 단면도들이다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지를 백라이트 유닛에 적용한 예를 나타낸다.
도 21은 본 발명의 실시예에 의한 반도체 발광소자 패키지를 조명 장치에 적용한 예를 나타낸다.
도 22는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 발광소자 패키지를 조명 장치에 적용한 예를 나타낸다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치를 이용한 조명 시스템이 적용되는 홈 네트워크의 예를 개략적으로 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 다음과 같이 설명한다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형되거나 여러 가지 실시예가 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시예는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위해 사용된 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 지적하는 것이 아니라면, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함하다", "구비하다", 또는 "가지다" 등과 같은 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 특정하려는 것이며, 하나 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 해석되어야 한다. 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다.　 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다.　 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지(100)는, 제1 및 제2 면(PS1, PS2)을 구비하는 발광구조물(110), 제1 면(PS1) 상의 범프 패드들(115), 반사층(130), 범프들(140), 제2 면(PS2) 상의 파장변환층(165) 및 투광성 기판(160)을 포함할 수 있다.
본 실시예의 반도체 발광소자 패키지(100)는 칩 스케일 패키지(Chip Scale Package, CSP)이며, 웨이퍼 레벨 패키지(Wafer Level Package, WLP)일 수 있다.
본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 패키지가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
발광구조물(110)은 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층 및 전극들을 포함할 수 있으며, 이에 대해서는 하기에 도 16 내지 도 18을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
발광구조물(110)의 측면은 서로 다른 경사를 가지는 제1 및 제2 측면(LS1, LS2)으로 이루어질 수 있다. 상기 경사는, 발광구조물(110)의 두께 방향을 따라 중심부에서 양 단을 향할수록 단면적이 감소되도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 경사에 의해 발광구조물(110)은 두께 방향으로의 하면 및 상면인 제1 및 제2 면(PS1, PS2)의 면적이 중심부에서의 단면적보다 작을 수 있다. 따라서, 발광구조물(110)은 육면체 이상의 다면체를 이룰 수 있으며, 예를 들어, 열 개의 면을 가질 수 있다.
발광구조물(110)의 제2 면(PS2)은 발광구조물(110)에서 생성된 광이 방출되는 면일 수 있다. 따라서, 제2 면(PS2) 상에는 광추출 효율을 상승시키기 위해 요철이 형성될 수 있다.
범프 패드들(115)은 발광구조물(110)의 제1 면(PS1) 상에 배치될 수 있다. 범프 패드들(115)은 발광구조물(110)의 전극들과 전기적으로 연결될 수 있다. 범프들(140)은 범프 패드들(115) 상에 배치되어 이와 전기적으로 연결되며 반사층(130)으로부터 돌출되도록 배치될 수 있다.
범프 패드들(115) 및 범프들(140)은 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
범프 패드들(115) 및 범프들(140)의 개수 및 형상은 도면에 도시된 것에 한정되지 않으며, 발광구조물(110)의 크기 및 전극 구조 등에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
반사층(130)은 발광구조물(110)의 제1 면(PS1) 및 제1 측면(LS1)을 덮도록 배치될 수 있다. 반사층(130)은 범프들(140)의 측면을 일부 덮도록 배치될 수 있다. 반사층(130)이 발광구조물(110)의 제1 면(PS1)뿐 아니라 제1 측면(LS1)을 덮도록 배치됨에 따라, 발광구조물(110)의 측면을 통해 추출되는 광을 반사시켜 광추출 효율이 향상될 수 있다. 반사층(130)이 범프들(140)의 측면을 덮는 두께는 실시예들에 따라 변경될 수 있다.
반사층(130)은 반사성 물질을 포함할 수 있으며, TiO2 또는 Al2O3 등과 같이 반사율이 우수한 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사층(130)은 실리콘(silicone) 수지와 같은 고분자 물질에 광반사율이 높은 TiO2 또는 Al2O3 등이 함유된 물질을 이용할 수 있으며, 내열 및 내광 안정성이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
투광성 기판(160)은 투명 물질로 이루어질 수 있으며, 투광성 절연 물질로 이루어질 수 있다. 투광성 기판(160)은 유리, 석영, 투명 수지, SiO2, SiN, Al2O3, HfO, TiO2 또는 ZrO 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
파장변환층(165)은 투광성 기판(160)의 일면 상에 배치되며, 발광구조물(110)의 제2 면(PS2) 및 제2 측면(LS2)을 덮도록 배치될 수 있다. 파장변환층(165)은 발광구조물(110)보다 큰 단면을 가지므로, 휘도가 개선될 수 있다. 또한, 발광구조물(110)이 경사진 측면들(LS1, LS2)을 가지므로, 파장변환층(165)과의 접촉 면적이 증가될 수 있어, 파장변환층(165)의 박리(delamination)와 같은 불량을 방지할 수 있다.
파장변환층(165)은 발광구조물(110)로부터 방출된 빛에 의해 여기되어 다른 파장의 빛을 내는 형광체를 포함할 수 있다. 이러한 형광체의 방출광과 상기 반도체 발광소자의 방출광이 결합하여 백색광 등 원하는 출력광을 얻을 수 있다. 일부 실시예들에서, 파장변환층(165)은 양자점(Quantum Dot)을 포함할 수도 있으며, 형광체와 양자점을 모두 포함하거나 양자점만 포함할 수 도 있다.
범프들(140)은 제1 두께(T1)를 가질 수 있으며, 투광성 기판(160) 및 파장변환층(165)은 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 제1 두께(T1)는 예를 들어 50 ㎛ 내지 120 ㎛의 범위일 수 있다. 제2 두께(T2)는 예를 들어 40 ㎛ 내지 120 ㎛의 범위일 수 있다. 투광성 기판(160) 및 파장변환층(165)은 반도체 발광소자 패키지(100)의 제조 공정 중 발광구조물(110)을 안정적으로 지지할 수 있도록, 제1 및 제2 두께(T1, T2)가 상대적으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 두께(T1)가 상대적으로 작은 경우 제2 두께(T2)가 상대적으로 크게 선택될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 두께(T1, T2)는 발광구조물(110)을 안정적으로 지지하면서도 반도체 발광소자 패키지(100)의 소형화에 적합한 두께로 선택될 수 있다.
본 실시예의 반도체 발광소자 패키지(100)의 경우, 범프들(140)이 발광 모듈과 같은 외부 장치에 바로 실장될 수 있어, 제조 공정이 단순화될 수 있으며 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한, 범프들(140)에 의해 발광구조물(110)에서 발생하는 열이 효과적으로 외부로 방출될 수 있다.
도 2 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 주요 단계별 도면들이다.
도 2를 참조하면, 기판(101) 상에 복수의 반도체층들을 순차적으로 성장시켜 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물(110)을 형성할 수 있다. 다음으로, 발광구조물(110)을 메사 형상으로 식각하여 메사 영역들(M) 및 식각 영역들(E)을 형성할 수 있다. 식각 영역들(E)에서는 하부에 배치되는 상기 제1 도전형 반도체층이 노출될 수 있다.
도 1에서와 같이, 이해를 돕기 위해 발광구조물(110)의 상면인 상기 제2 도전형 반도체층의 표면을 제1 면(PS1)으로 지칭하고, 기판(101)과 접하는 하면을 제2 면(PS2)으로 지칭한다.
발광구조물(110)은, 유기 금속 화학 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 수소화 기상 에피택시(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE), 분자선 에피택시(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 등과 같은 공정을 이용하여 성장될 수 있다.
기판(101)은 예를 들어, 웨이퍼 형태의 성장 기판일 수 있으며, 복수의 반도체 발광소자들을 형성하기 위한 발광구조물(110)이 동시에 제조될 수 있다. 기판(101)은 사파이어, 실리콘 탄화물(SiC), 마그네슘 알루미늄 산화물(MgAl2O4), 마그네슘 산화물(MgO), 리튬 알루미늄 산화물(LiAlO2), 리튬 갈륨 산화물(LiGaO2), 갈륨 질화물(GaN) 등과 같이 절연성, 도전성 또는 반도체 물질을 이용할 수 있다. 사파이어의 경우, 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(11-20)면, R(1-102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다. 한편, 기판(101)으로 실리콘(Si)을 사용하는 경우, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮아 양산성이 향상될 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판(101) 상에는 발광구조물(110)의 결정성을 향상시키기 위한 버퍼층이 더 배치될 수 있다. 상기 버퍼층은 예를 들어, 도핑 없이 저온에서 성장된 알루미늄 갈륨 질화물(AlxGa1 - xN)로 이루어질 수 있다.
이하의 도면들에서는, 서로 인접한 두 개의 반도체 발광소자 패키지만을 도시하지만, 제조 공정들은 웨이퍼 레벨로 수행될 수 있을 것이다. 도 2에서는, 중심부의 식각 영역(E)을 중심으로 인접하여 배치되는 두 개의 반도체 발광소자 패키지에 대응되는 영역을 도시한다. 다만, 식각 영역(E)은 하나의 반도체 발광소자 패키지를 이루는 영역의 가장자리에만 배치되는 것은 아니며, 도시되지 않은 영역에서, 하나의 반도체 발광소자 패키지 내에서 메사 영역(M)의 사이에 식각 영역(E)이 배치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 발광구조물(110)의 제1 면(PS1) 상에 도전성 물질을 증착하여 범프 패드들(115)을 형성하고, 마스크층(120)을 형성할 수 있다. 마스크층(120)은 범프(140)(도 1 참조)가 형성될 범프 형성 영역을 덮는 제1 마스크층(120a) 및 발광구조물(110)이 패키지 단위로 절단되는 영역을 포함하는 분리 영역을 덮는 제2 마스크층(120b)을 포함할 수 있다.
범프 패드들(115)은 단일층으로 이루어지거나 서로 다른 물질의 다층 구조를 가질 수 있다. 범프 패드들(115)은 예를 들어, 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 마스크층(120)은 예를 들어, 포토레지스트층일 수 있다.
도 4를 참조하면, 발광구조물(110)의 제1 면(PS1) 및 마스크층(120)을 덮는 예비 반사층(130p)을 형성할 수 있다.
예비 반사층(130p)은 마스크층들(120) 사이의 공간들을 매립하고 마스크층(120)의 상면을 덮도록 형성될 수 있다.
예비 반사층(130p)은 도 5를 참조하여 설명하는 후속 공정에서 반사층(130)을 형성하기 위한 층일 수 있다. 예비 반사층(130p)은 반사성 물질을 포함할 수 있으며, TiO2 또는 Al2O3 등과 같이 반사율이 우수한 금속 산화물을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 마스크층(120)의 상면이 노출되도록 평탄화 공정을 수행할 수 있다.
상기 평탄화 공정은 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 공정에 의할 수 있다. 본 단계에 의해, 마스크층들(120) 사이의 공간들을 매립하는 반사층(130)이 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 마스크층(120)을 제거하고, 제1 마스크층(120a)이 제거된 영역에서 범프 패드들(115) 상에 범프들(140)을 형성할 수 있다.
범프들(140)은 반사층(130)으로부터 돌출되도록 반사층(130)의 상면보다 높게 형성될 수 있다. 범프들(140)은 제조된 반도체 발광소자를 패키지 기판 또는 모듈 기판에 플립 칩(flip-chip) 방식으로 실장하기 위한 도전성 접착물일 수 있다. 범프들(140)은 예를 들어, 솔더 범프들일 수 있으며, 이러한 솔더 범프에는 Ag, Ni 또는 Cu와 같은 물질이 미량 함유될 수 있다.
범프들(140)은 범프 패드들(115) 상에 전기 도금, 솔더 프린팅 또는 볼 드롭(ball drop)과 같은 다양한 방법을 통해 형성할 수 있으며, 리플로우 공정이 추가로 수행될 수 있다.
이상의 공정 단계들에서, 반사층(130)을 먼저 형성하고 범프들(140)을 형성하는 방법을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 범프들(140)을 먼저 형성하고 반사층(130)을 형성할 수 있다. 이 경우, 도 3 내지 도 5를 참조하여 상술한 단계들 대신, 범프 패드들(115)을 노출시키는 마스크층을 이용하여 발광구조물(110)의 제1 면(PS1) 상에 범프들을(140)을 먼저 형성할 수 있다. 다음으로, 범프들(140)의 측면의 일부 및 발광구조물(110)의 제1 측면(LS1)을 덮는 반사층(130)을 형성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 발광구조물(110)의 제1 면(PS1) 상에 접착층(155)을 이용하여 지지 기판(150)을 부착할 수 있다.
지지 기판(150)은 임시적으로 사용되는 기판으로, 물질은 제한이 없으며, 절연성 물질 또는 Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs 중 어느 하나를 포함하는 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
지지 기판(150)은 접착층(155)에 의해 부착될 수 있다. 접착층(155)은 예를 들어, 에폭시(epoxy) 수지 또는 무기계 고분자인 실리콘(silicone)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착층(155)은 접착력 향상을 위한 첨가제로서, 예를 들어, 실란(silane)계 물질을 포함할 수 있다.
지지 기판(150)이 산화물로 이루어진 경우, 접착층(155)도 산화물로 이루어질 수 있으며, 산화물-산화물 접합에 의해 지지 기판(150)이 부착될 수 있다.
도 8을 참조하면, 발광구조물(110)의 제2 면(PS2)으로부터 기판(101)을 제거할 수 있다.
기판(101)의 제거를 위해, 습식, 건식 식각 또는 레이저 리프트 오프(laser lift-off, LLO) 공정이 적용될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 기계적 연마법이 이용될 수도 있다.
지지 기판(150)이 발광구조물(110)의 제1 면(PS1)에 부착되어 있기 때문에, 기판(101)이 제거되어도, 후속 공정 중에 상대적으로 작은 두께를 갖는 발광구조물(110)을 용이하게 핸들링할 수 있게 된다.
도 9를 참조하면, 발광구조물(110)의 제2 면(PS2) 상에 요철(P)을 형성할 수 있다.
발광구조물(110)의 제2 면(PS2)으로 광이 방출되므로, 표면에 요철(P)을 형성함으로써 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 요철의 형상은 도면에 도시된 것에 한정되지 않는다.
도 10을 참조하면, 발광구조물(110)의 일부를 제거하여, 발광구조물(110)을 패키지 단위로 분리할 있다.
발광구조물(110)의 제2 면(PS2)으로부터 식각을 수행하여 패키지 단위로 분리할 수 있다. 인접하는 발광구조물들(110)의 사이에는 분리 영역(ISO)이 형성될 수 있으며, 분리 영역(ISO)을 통해 접착층(155)이 노출될 수 있다.
본 단계에서, 발광구조물(110)의 절단되는 측면인 제2 측면(LS2)은 발광구조물(110)의 두께 방향에 대하여 소정 경사를 가질 수 있다. 또한, 제2 측면(LS2)의 경사는 제1 측면(LS1)의 경사와 상이할 수 있다. 따라서, 발광구조물(110)의 측면은 네 개 이상의 면, 예를 들어 여덟 개의 면으로 이루어질 수 있다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 파장변환층(165)이 코팅된 투광성 기판(160)을 준비하고, 이를 발광구조물(110)의 제2 면(PS2)에 접합할 수 있다.
파장변환층(165)은 투광성 기판(160) 상에 예를 들어, 스프레이 코팅 또는 스핀 코팅과 같은 단순한 공정에 의해 형성될 수 있다. 또는, 투광성 기판(160) 상에 형광체 필름 또는 세라믹 형광체 등의 시트를 어태치(attach)하는 방식을 사용하여 형성할 수도 있다.
파장변환층(165)은 접착성을 갖는 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 의해 발광구조물(110)과 접착될 수 있다. 따라서, 파장변환층(165)은 발광구조물(110)의 제2 면(PS2), 반사층(130) 및 접착층(155)의 형상을 따라 이들과 접촉되도록 형상이 변형될 수 있다. 파장변환층(165)은 발광구조물(110)의 제2 측면(LS2)을 덮도록 형성될 수 있으며, 분리 영역(ISO)(도 10 참조)에서 접착층(155) 및 반사층(130)과 접할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 투광성 기판(160)의 부착 공정에 의해 파장변환층(165)이 용이하게 형성될 수 있으며, 서로 다른 복수의 반도체 발광소자 패키지들 사이에서, 파장변환층(165)의 두께가 균일하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 파장변환층(165)의 두께의 편차는 1 ㎛ 내지 3 ㎛의 범위일 수 있다. 따라서, 제조되는 복수의 반도체 발광소자 패키지들은 균일한 광특성을 가질 수 있다.
도 12를 참조하면, 먼저 지지 기판(150)을 제거할 수 있다.
지지 기판(150)이 투명한 물질로 이루어진 경우 레이저를 조사하는 LLO 공정을 통해 제거할 수 있으며, 투명하지 않은 물질로 이루어진 경우, 기계적 연마법, 또는 습식 또는 건식 식각에 의해 제거할 수 있다.
발광구조물(110)의 제2 면(PS2)에 투광성 기판(160)이 부착되어 있기 때문에, 지지 기판(150)이 제거되어도 후속 공정이 가능하며, 발광구조물(110)이 손상되지 않을 수 있다.
다음으로, 발광구조물(110)을 반도체 발광소자 단위로 분리할 수 있다.
이에 의해, 최종적으로 도 1의 반도체 발광소자 패키지(100)가 제조될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 발광구조물(110)의 하부에 별도의 패키지 기판이 존재하지 않으므로, 반도체 발광소자 패키지(100)의 방열 특성이 향상될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지(100a)는, 제1 및 제2 면(PS1, PS2)을 구비하는 발광구조물(110), 제1 면(PS1) 상의 범프 패드들(115), 반사층(130), 범프들(140) 및 제2 면(PS2) 상의 파장변환층(165)을 포함할 수 있다.
본 실시예의 반도체 발광소자 패키지(100a)는 도 1의 실시예에서와 달리, 파장변환층(165) 상에 투광성 기판(160)을 포함하지 않을 수 있다. 이러한 구조는, 예를 들어, 도 11a 및 도 11b를 참조하여 상술한 공정 단계에서, 발광구조물(110) 상에 테이프 형태의 파장변환층(165)을 부착함으로써 형성될 수 있다.
또한, 본 실시예의 범프들(140)은 제3 두께(T3)를 가질 수 있으며, 이는 도 1의 반도체 발광소자 패키지(100)의 범프들(140)의 제1 두께(T1)보다 클 수 있다. 이에 의해, 투광성 기판(160)이 없이도 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 범프들(140)에 의해 발광구조물(110)이 지지되어 반도체 발광소자 패키지(100a)가 제조될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지(100b)는, 제1 및 제2 면(PS1, PS2)을 구비하는 발광구조물(110), 제1 면(PS1) 상의 범프 패드들(115), 반사층(130), 범프들(140), 제2 면(PS2) 상의 파장변환층(165) 및 렌즈부(180)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 반도체 발광소자 패키지(100b)는 도 1 및 도 13의 실시예들에서와 달리, 파장변환층(165)의 상부에 배치되는 렌즈부(180)를 더 포함할 수 있다.
렌즈부(180)는 볼록한 형상에 의해 상면을 통해 방출되는 광의 지향각을 조절하는 것이 가능하다. 렌즈부(180)는 도시된 바와 같이 상면이 볼록한 돔 형상의 구조로 형성될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 일부 실시예들에서, 렌즈부(180)는 비구면 및/또는 비대칭 형상을 가질 수 있다. 또한, 렌즈부(180)는 카메라 플래시 등에서 광의 직진성을 향상시키기 위하여 프레넬 형상의 집광부를 포함할 수 있으며, 상면에 요철이 형성될 수도 있다.
렌즈부(180)는 발광구조물(110)에서 발생한 빛을 최소한의 손실로 통과시킬 수 있는 높은 투명도의 수지로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 탄성 수지, 실리콘, 에폭시 수지 또는 플라스틱을 사용할 수 있다. 렌즈부(180)는 광 확산을 향상시키기 위하여, 콜로이드 입자를 포함할 수도 있다.
렌즈부(180)는 도 12를 참조하여 상술한 공정 단계에서, 발광구조물(110)을 반도체 발광소자 패키지 단위로 분리하기 전에, 투광성 기판(160)을 제거하고, 파장변환층(165) 상에 형성될 수 있다. 렌즈부(180)는 웨이퍼 레벨로 부착되거나, 파장변환층(165)의 상부에 일정 형태로 형성되어 경화되는 방식으로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 파장변환층(165)과 렌즈부(180)의 사이에 투광성 기판(160)(도 1 참조)이 더 배치될 수도 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지(100c)는, 제1 및 제2 면(PS1, PS2)을 구비하는 발광구조물(110), 제1 면(PS1) 상의 범프 패드들(115), 반사층(130), 범프들(140), 제2 면(PS2) 상의 파장변환층(165) 및 투광성 기판(160)을 포함할 수 있다.
본 실시예의 반도체 발광소자 패키지(100c)는 도 1, 도 13 및 도 14의 실시예들에서와 달리, 발광구조물(110)의 측면(LS)이 두께 방향에 수직한 면으로 이루어질 수 있다. 이 경우에도, 발광구조물(110)의 측면(LS)은 반사층(130) 및 파장변환층(165)에 의해 커버되므로, 측면으로 방출되는 광의 손실을 최소화할 수 있다.
발광구조물(110)의 측면(LS)은 도 2 및 도 10을 참조하여 상술한 공정 단계들에서, 발광구조물(110)의 식각 시 측면(LS)을 수직하게 식각함으로써 형성될 수 있다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지에 포함되는 발광구조물을 개략적으로 도시하는 단면도들이다.
도 16 내지 도 18의 발광구조물(110a, 110b, 110c)은 각각 도 1, 도 13 내지 도 15의 반도체 발광소자 패키지들(100, 100a, 100b, 100c)의 발광구조물(100)에 해당할 수 있다. 도 16 내지 도 18의 발광구조물(110a, 110b, 110c)은 180도 회전된 형태로 반도체 발광소자 패키지들(100, 100a, 100b, 100c)에 포함될 수 있다. 따라서, 도 16 및 도 17의 연결 전극(116a, 118b, 116b, 118b) 및 도 18의 제1 및 제2 전극(114c, 118c) 상에는 범프 패드들(115)(도 1 참조)이 배치될 수 있다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광구조물(110a)은 제1 도전형 반도체층(111a), 활성층(112a) 및 제2 도전형 반도체층(113a)을 포함하는 반도체 구조물(SSa)을 포함할 수 있다. 또한, 발광구조물(110a)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층들(111a, 113a)과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 콘택 전극(114a, 115a), 제1 및 제2 콘택 전극(114a, 115a)과 연결되는 연결 전극(116a, 118a) 및 절연층(117a)을 더 포함할 수 있다.
연결 전극(116a, 118a) 상에는 범프 패드들(115)(도 1 참조)이 배치될 수 있다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(111a, 113a)은 각각 n형 및 p형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않고 반대로 각각 p형 및 n형 반도체로 이루어질 수도 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(111a, 113a)은 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa1 -x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성을 갖는 알루미늄 인듐 갈륨 질화물로 이루어질 수 있으며, 각각의 층은 단일층으로 이루어질 수도 있지만, 도핑 농도, 조성 등의 특성이 서로 다른 복수의 층들을 구비할 수도 있다. 다만, 제1 및 제2 도전형 반도체층(111a, 113a)은 질화물 반도체 외에도 알루미늄 인듐 갈륨 인화물(AlInGaP)이나 알루미늄 인듐 갈륨 비소화물(AlInGaAs) 계열의 반도체를 이용할 수도 있을 것이다. 본 실시예에서, 제1 도전형 반도체층(113a)은 예를 들어, 실리콘(Si) 또는 탄소(C)가 도핑된 n형 갈륨 질화물(n-GaN)이고, 제2 도전형 반도체층(113a)은 마그네슘(Mg) 또는 아연(Zn)이 도핑된 p형 갈륨 질화물(p-GaN)일 수 있다.
활성층(112a)은 제1 및 제2 도전형 반도체층(111a, 113a)의 사이에 배치될 수 있다. 활성층(112a)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 인듐 갈륨 질화물(InGaN) 등의 단일 물질로 이루어진 층일 수도 있으나, 양자장벽층과 양자우물층이 서로 교대로 배치된 단일(SQW) 또는 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, 질화물 반도체일 경우, 갈륨 질화물(GaN)/인듐 갈륨 질화물(InGaN) 구조가 사용될 수 있다. 활성층(112a)이 인듐 갈륨 질화물(InGaN)을 포함하는 경우, 인듐(In)의 함량을 증가시킴으로써 격자 부정합에 의한 결정 결함이 감소될 수 있으며, 반도체 발광소자의 내부 양자 효율이 증가될 수 있다. 또한, 활성층(112a) 내의 인듐(In)의 함량에 따라, 발광 파장이 조절될 수 있다.
연결 전극(116a, 118a)은 각각 제1 및 제2 콘택 전극(114a, 115a)과 일부 영역에서 연결되도록 배치될 수 있다.
제1 및 제2 콘택 전극(114a, 115a) 및 연결 전극(116a, 118a)은 도전성 물질의 단일층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 콘택 전극(114a, 115a) 및 연결 전극(116a, 118a)은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 인듐(In), 티타늄(Ti), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 등의 물질 또는 그 합금 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
절연층(117a)은 제2 콘택 전극(115a) 상에 배치되어, 제2 콘택 전극(115a) 또는 제2 도전형 반도체층(113a)이 연결 전극(116a)과 접촉되는 것을 방지할 수 있다. 절연층(117a)은 예를 들어, 산화물 또는 질화물로 이루어질 수 있다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광구조물(110b)은 제1 도전형 반도체층(111b), 활성층(112b) 및 제2 도전형 반도체층(113b)을 포함하는 반도체 구조물(SSb)을 포함할 수 있다. 또한, 발광구조물(110b)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층들(111b, 113b)과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 콘택 전극(114b, 115b), 제1 및 제2 콘택 전극(114b, 115b)과 연결되는 연결 전극(116b, 118b) 및 절연층(117b)을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 제1 콘택 전극(114b)은 제2 도전형 반도체층(113b) 및 활성층(112b)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(111b)과 전기적으로 연결되는 비아의 형태로 형성될 수 있다. 제1 콘택 전극(114b)은, 예를 들어 복수의 행 및 열로 배열될 수 있다.
제1 콘택 전극(114b)의 둘레 및 제2 콘택 전극(115b) 상에는 제1 콘택 전극(114b)을 제2 도전형 반도체층(113b) 및 활성층(112b)과 전기적으로 절연시키고, 제2 콘택 전극(115b)을 연결 전극(116b)과 전기적으로 절연시키기 위한 절연층(117b)이 위치할 수 있다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광구조물(110c)은 제1 도전형 반도체 코어(111c), 활성층(112c) 및 제2 도전형 반도체층(113c)을 포함하는 코어-쉘(core-shell) 구조의 나노 구조물인 반도체 구조물(SSc)을 포함할 수 있다. 또한, 발광구조물(110c)은 베이스층(119c), 베이스층(119c) 상의 마스크층(117c), 제2 도전형 반도체층(113c) 상의 투명 전극층(115c), 베이스층(119c)과 전기적으로 연결되는 제1 전극(114c), 제2 도전형 반도체층(113b)과 전기적으로 연결되는 제2 전극(118c) 및 충전층(116c)을 더 포함할 수 있다. 반도체 구조물들(SSc)의 개수는 도면에 도시된 것에 한정되지 않으며, 반도체 구조물들(SSc)은 육각형 형태로 배열될 수 있다.
베이스층(119c)은 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 베이스층(119c)은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물일 수 있으며, 예컨대 갈륨 질화물(GaN) 또는 n형으로 도핑된 n형 갈륨 질화물(n-GaN)일 수 있다. 베이스층(119c)은 제1 도전형 반도체 코어(111c)를 성장시키기 위한 결정면을 제공할 뿐만 아니라, 반도체 구조물(SSc)의 일 측에 공통적으로 연결되어 콘택 전극의 역할을 수행할 수도 있다.
마스크층(117c)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 마스크층(117c)은 분산형 브래그 반사(Distributed Bragg Reflector, DBR)층 또는 무지향성 반사(Omni-Directional Reflector, ODR)층일 수 있다. 마스크층(117c)은 베이스층(119c)의 일부를 노출하는 복수의 개구부들을 가질 수 있으며, 상기 개구부들의 크기에 따라 반도체 구조물(SSc)의 직경, 길이, 위치 및 성장 조건이 결정될 수 있다. 나노 구조물인 반도체 구조물들(SSc)은 상기 복수의 개구부들에 해당하는 위치에 각각 배치될 수 있다.
투명전극층(115c)은 제2 도전형 반도체층(113c)과 전기적으로 연결될 수 있다. 투명전극층(115c)은 반도체 구조물들(SSc)의 상면 및 측면을 덮으며, 인접하는 반도체 구조물들(SSc) 사이에서 서로 연결되도록 배치될 수 있다. 투명전극층(115c)은 예를 들어, ITO(Indium tin Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 아연 산화물(ZnO), GZO(ZnO:Ga), 인듐 산화물(In2O3), 주석 산화물(SnO2), 카드뮴 산화물(CdO), 카드뮴 주석 산화물(CdSnO4), 또는 갈륨 산화물(Ga2O3)일 수 있다.
충전층(116c)은 반도체 구조물들(SSc)의 하부에서 투명전극층(115c) 상에 배치될 수 있다. 충전층(116c)은 인접한 반도체 구조물들(SSc)의 사이에 충전될 수 있다. 충전층(116c)은 투광성 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiNx), 알루미늄 산화물(Al2O3), 하프늄 산화물(HfO), 티타늄 산화물(TiO2) 또는 지르코늄 산화물(ZrO)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따라, 충전층(116c)은 도전성 물질을 포함할 수도 있다. 이 경우, 충전층(116c)은 제2 전극(118c)과 전기적으로 연결되도록 형성되거나 일체로 형성될 수도 있다.
제1 및 제2 전극(114c, 118c)은 각각 베이스층(119c) 및 제2 도전형 반도체층(113c)과 전기적으로 연결되도록 배치될 수 있다. 다만, 제1 및 제2 전극(114c, 118c)의 배치 및 형태는 예시적인 것으로 실시예에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 제1 및 제2 전극(114c, 118c)은 도전성 물질의 단일층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있다. 제1 및 제2 전극(114c, 118c)은 광 추출 효율을 고려하여 반사성 금속층으로 형성될 수 있다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지를 백라이트 유닛에 적용한 예를 나타낸다.
도 19를 참조하면, 백라이트 유닛(1000)은 기판(1002) 상에 광원(1001)이 실장되며, 그 상부에 배치된 하나 이상의 광학 시트(1003)를 구비한다. 광원(1001)은 도 1 및 도 13 내지 도 15를 참조하여 상술한 반도체 발광소자 패키지(100, 100a, 100b, 100c)를 이용할 수 있다. 라이트 유닛(1000)은 반도체 발광소자 패키지를 직접 기판(1002)에 실장하여, 소위 FCOM(Flip Chip on Module) 구조를 가질 수도 있다.
도 19의 백라이트 유닛(1000)에서 광원(1001)은 액정표시장치가 배치된 상부를 향하여 빛을 방사하는 것과 달리, 도 20에 도시된 다른 예의 백라이트 유닛(2000)은 기판(2002) 위에 실장된 광원(2001)이 측 방향으로 빛을 방사하며, 이렇게 방시된 빛은 도광판(2003)에 입사되어 면광원의 형태로 전환될 수 있다. 도광판(2003)을 거친 빛은 상부로 방출되며, 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 도광판(2003)의 하면에는 반사층(2004)이 배치될 수 있다.
도 21은 본 발명의 실시예에 의한 반도체 발광소자 패키지를 조명 장치에 적용한 예를 나타낸다.
도 21의 분해사시도를 참조하면, 조명장치(3000)는 일 예로서 벌브형 램프로 도시되어 있으며, 발광모듈(3003)과 구동부(3008)와 외부접속부(3010)를 포함한다. 또한, 외부 및 내부 하우징(3006, 3009)과 커버부(3007)와 같은 외형구조물을 추가적으로 포함할 수 있다. 발광모듈(3003)은 도 1 및 도 13 내지 도 15를 참조하여 상술한 반도체 발광소자 패키지(100, 100a, 100b, 100c)와 동일하거나 유사한 구조를 가지는 반도체 발광소자 패키지(3001)와 그 반도체 발광소자 패키지(3001)가 탑재된 회로기판(3002)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는, 하나의 반도체 발광소자 패키지(3001)가 회로기판(3002) 상에 실장된 형태로 예시되어 있으나, 필요에 따라 복수 개로 장착될 수 있다.
외부 하우징(3006)은 열방출부로 작용할 수 있으며, 발광모듈(3003)과 직접 접촉되어 방열효과를 향상시키는 열방출판(3004) 및 조명장치(3000)의 측면을 둘러싸는 방열핀(3005)을 포함할 수 있다. 커버부(3007)는 발광모듈(3003) 상에 장착되며 볼록한 렌즈형상을 가질 수 있다. 구동부(3008)는 내부 하우징(3009)에 장착되어 소켓구조와 같은 외부접속부(3010)에 연결되어 외부 전원으로부터 전원을 제공받을 수 있다. 또한, 구동부(3008)는 발광모듈(3003)의 광원(3001)을 구동시킬 수 있는 적정한 전류원으로 변환시켜 제공하는 역할을 한다. 예를 들어, 이러한 구동부(3008)는 AC-DC 컨버터 또는 정류회로부품 등으로 구성될 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 조명장치(3000)는 통신 모듈을 더 포함 할 수도 있다.
도 22는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 발광소자 패키지를 조명 장치에 적용한 예를 나타낸다.
도 22를 참조하면, 차량용 라이트 등으로 이용되는 헤드 램프(4000)는 광원(4001), 반사부(4005), 렌즈 커버부(4004)를 포함하며, 렌즈 커버부(4004)는 중공형의 가이드(4003) 및 렌즈(4002)를 포함할 수 있다. 광원(4001)은 도 1 및 도 13 내지 도 15를 참조하여 상술한 반도체 발광소자 패키지(100, 100a, 100b, 100c)를 적어도 하나 포함할 수 있다. 또한, 헤드 램프(4000)는 광원(4001)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 방열부(4012)를 더 포함할 수 있으며, 방열부(4012)는 효과적인 방열이 수행되도록 히트싱크(4010)와 냉각팬(4011)을 포함할 수 있다. 또한, 헤드 램프(4000)는 방열부(4012) 및 반사부(4005)를 고정시켜 지지하는 하우징(4009)을 더 포함할 수 있으며, 하우징(4009)은 몸체부(4006) 및 일면에 방열부(4012)가 결합하여 장착되기 위한 중앙홀(4008)을 구비할 수 있다. 또한, 하우징(4009)은 상기 일면과 일체로 연결되어 직각방향으로 절곡되는 타면에 전방홀(4007)을 구비할 수 있다. 반사부(4005)는 하우징(4009)에 고정되어, 광원(4001)에서 발생된 빛이 반사되어 전방홀(4007)을 통과하여 외부로 출사되게 할 수 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치를 이용한 조명 시스템이 적용되는 홈 네트워크의 예를 개략적으로 도시한다.
도 23을 참조하면, 홈 네트워크는 홈 무선 라우터(7000), 게이트웨이 허브(7010), 무선 통신 모듈(7020), 조명 장치(7030), 차고(garage) 도어 락(door lock)(7040), 무선 도어 락(7050), 홈 어플리케이션(7060), 휴대폰(7070), 통상적인 조명 스위치(7080) 및 클라우드 망(7090)을 포함할 수 있다.
무선 통신 모듈(7020)은 예를 들어, 지그비 모듈일 수 있다. 가정 내 무선통신을 위하여, 조명 장치(7030)로부터의 신호가 게이트웨이 허브(7010)를 통해서, 차고 도어 락(7040), 무선 도어 락(7050), 홈 어플리케이션(7060), 휴대폰(7070), 통상적인 조명 스위치(7080) 등과 같은 가정용 장치들에 송신될 수 있으며, 이에 의해 상기 가정용 장치들을 제어할 수 있다. 또한, 상기 가정용 장치들로부터의 신호에 의해 조명 장치(7030)가 제어될 수 있다. 따라서, 상기 가정용 장치들도 지그비 및/또는 와이파이와 같은 무선 통신용 통신모듈을 포함할 수 있다. 일부 실시예뜰에서, 게이트웨이 허브(7010) 없이 직접 상기 가정용 장치들와 통신이 수행될 수도 있다.
이와 같은 가정 내 무선 통신을 활용하여 침실, 거실, 현관, 창고, 가전제품 등의 동작 상태 및 주위 환경/상황에 따라 조명 장치(7030)의 조명 밝기를 자동으로 조절하는 기능을 수행할 수 있다.
예를 들어, TV에서 방송되고 있는 프로그램의 종류 또는 화면의 밝기에 따라 조명 장치(7030)의 조명 밝기를 게이트웨이 허브(7010) 및 무선 통신 모듈(7020)을 이용하여 자동으로 조절되도록 할 수 있다. 예로서, 휴먼 드라마 등이 상영되어 아늑한 분위기가 필요할 때는 조명도 거기에 맞게 색 온도가 5000K 이하로 낮아지도록 색감을 조절할 수 있다. 다른 예로서, 개그 프로그램과 같은 가벼운 분위기에서는 조명도 색온도가 5000K 이상으로 높아지고, 푸른색 계열의 백색조명으로 조절할 수 있다. 또한, 조명 장치(87030)의 조명 밝기를 게이트웨이 허브(7010) 및 무선 통신 모듈(7020)을 이용하여 휴대폰(7070)을 통해 제어할 수도 있다.
무선 통신 모듈(7020)은 광센서와 일체형으로 모듈화할 수 있으며, 조명 장치(7030)와 일체형으로 구성할 수도 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100, 100a, 100b, 100c: 반도체 발광소자 패키지
101: 기판
110: 발광구조물
115: 범프 패드
120: 마스크층
130: 반사층
140: 범프
150: 지지 기판
155: 접착층
160: 투광성 기판
165: 파장변환층
180: 렌즈부

Claims (20)

  1. 성장 기판 상에 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계;
    상기 제2 도전형 반도체층이 형성된 상기 발광구조물의 제1 면 상에 반사층을 형성하는 단계;
    상기 발광구조물의 상기 제1 면 상에 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 각각과 전기적으로 연결되며 상기 반사층으로부터 돌출되는 범프들을 형성하는 단계;
    상기 발광구조물의 상기 제1 면 상에 지지 기판을 부착하는 단계;
    상기 성장 기판을 제거하는 단계;
    상기 성장 기판이 제거된 상기 발광구조물의 제2 면 상에 파장변환층이 코팅된 투광성 기판을 부착하는 단계; 및
    상기 지지 기판을 제거하는 단계;를 포함하고,
    상기 반사층은 상기 발광구조물의 측면의 적어도 일부 및 상기 범프들의 측면의 적어도 일부를 덮는 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발광구조물의 측면은 상기 반사층 및 상기 파장변환층에 의해 커버되는 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 발광구조물의 적어도 일 측면은 서로 다른 상기 발광구조물의 두께 방향에 대하여 경사진 두 개 이상의 면들로 이루어지는 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 두 개 이상의 면들의 경계는 상기 파장변환층과 상기 반사층 사이의 경계에 대응하는 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 반사층을 형성하는 단계는,
    상기 발광구조물의 상기 제1 면 상에서, 상기 범프가 형성될 범프 형성 영역 및 상기 발광구조물이 패키지 단위로 절단되는 영역을 포함하는 분리 영역을 덮는 마스크층을 형성하는 단계;
    상기 마스크층에 의해 노출된 상기 발광구조물을 덮도록 상기 반사층을 이루는 물질을 형성하는 단계;
    평탄화 공정을 이용하여, 상기 마스크층의 상면이 노출되도록 상기 반사층을 이루는 물질을 일부 제거하는 단계; 및
    상기 마스크층을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 범프들을 형성하는 단계에서, 상기 범프들은 상기 반사층의 상면으로부터 돌출되도록 형성되는 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 반사층을 형성하는 단계 이전에,
    상기 제1 도전형 반도체층의 일부가 노출되도록 상기 발광구조물을 메사 식각하는 단계; 및
    상기 발광구조물의 상기 제1 면 상에 전극들 및 범프 패드들을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 지지 기판을 부착하는 단계에서,
    상기 지지 기판은 접착층을 이용하여 부착되는 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 성장 기판을 제거하는 단계 이후에,
    상기 발광구조물의 일부를 제거하여, 상기 발광구조물을 패키지 단위로 분리하는 단계를 더 포함하는 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 지지 기판을 제거하는 단계 이후에,
    상기 투광성 기판 및 상기 파장변환층을 패키지 단위로 절단하는 단계를 더 포함하는 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법.
  11. 성장 기판 상에 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계;
    상기 제2 도전형 반도체층이 형성된 상기 발광구조물의 제1 면 상에 반사층을 형성하는 단계;
    상기 발광구조물의 상기 제1 면 상에 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 각각과 전기적으로 연결되고, 상기 반사층으로 둘러싸이며 상기 반사층 상으로 돌출되는 범프들을 형성하는 단계;
    상기 발광구조물의 상기 제1 면 상에 지지 기판을 부착하는 단계;
    상기 성장 기판을 제거하는 단계;
    상기 발광구조물의 일부를 제거하여, 상기 발광구조물을 패키지 단위로 분리하는 단계;
    상기 성장 기판이 제거된 상기 발광구조물의 제2 면 상에 파장변환층이 코팅된 투광성 기판을 부착하는 단계; 및
    상기 지지 기판을 제거하는 단계;를 포함하고,
    상기 발광구조물의 측면은 상기 반사층 및 상기 파장변환층에 의해 커버되는 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 반사층을 형성하는 단계 이전에,
    상기 제1 도전형 반도체층의 일부가 노출되도록 상기 발광구조물을 메사 식각하는 단계를 더 포함하고,
    상기 발광구조물을 메사 식각하는 단계에 의해 상기 발광구조물의 측면을 이루는 제1 측면이 형성되는 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 발광구조물을 패키지 단위로 분리하는 단계에 의해,
    상기 발광구조물의 측면을 이루며, 상기 제1 측면과 다른 경사를 가지는 제2 측면이 형성되는 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 투광성 기판을 부착하는 단계에서,
    상기 파장변환층은 상기 발광구조물의 상기 제2 측면을 덮는 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 발광구조물의 상기 제1 측면을 덮는 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 발광구조물의 적어도 일 측에서 상기 파장변환층과 접하는 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법.
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