KR20190060296A - 자외선 발광소자 패키지 - Google Patents

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김주성
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박영환
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 제1 면 및 이에 대응하는 제2 면을 가지며, 상기 제1 및 제2 면을 관통하는 광방출창을 갖는 성장용 기판; 상기 광방출창의 내벽에 배치된 반사층; 상기 제1 면 상에 배치되며 상기 광방출창을 덮는 투광성 커버; 상기 제2 면 상에 상기 광방출창을 덮도록 배치되며, 제1 및 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층의 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물; 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층과 각각 접속된 제1 및 제2 전극;을 포함하는 자외선 발광소자 패키지를 제공한다.

Description

자외선 발광소자 패키지{ULTRAVIOLET LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
본 발명은 자외선 발광소자 패키지에 관한 것이다.
최근에 자외선 광원은 살균 및 소독장치, UV 경화장치 등 다양한 용도로 활용되고 있다. 이러한 자외선 광원으로는 친환경적이면서 고효율인 반도체 발광소자(LED)가 주목을 받고 있다. 예를 들어, 질화물 반도체 자외선 발광소자가 사용되고 있다.
그러나, 자외선 발광다이오드에서 방출되는 자외선은 높은 에너지를 가지므로 반도체에 흡수되기 쉬우며, 광추출효율이 상대적으로 낮다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 광추출효율이 향상된 자외선 발광소자 패키지를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예는, 제1 면 및 이에 대응하는 제2 면을 가지며, 상기 제1 및 제2 면을 관통하는 광방출창을 갖는 성장용 기판; 상기 광방출창의 내벽에 배치된 반사층; 상기 제1 면 상에 배치되며 상기 광방출창을 덮는 투광성 커버; 상기 제2 면 상에 상기 광방출창을 덮도록 배치되며, 제1 및 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층의 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물; 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층과 각각 접속된 제1 및 제2 전극;을 포함하는 자외선 발광소자 패키지를 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 자외선 발광소자 패키지는, 광방출창의 내벽에 반사층을 배치하여 광추출효율을 개선할 수 있다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 자외선 발광소자 패키지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 자외선 발광소자 패키지를 I방향에서 바라본 평면도이다.
도 3은 도 2의 자외선 발광소자 패키지를 II-II'선을 따라 절개하여본 단면도이다.
도 4는 도 3의 A부분의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 자외선 발광소자 패키지의 평면도이다.
도 6은 도 5의 자외선 발광소자 패키지를 III-III'선을 따라 절개하여본 단면도이다.
도 7 내지 도 17은 도 1의 자외선 발광소자 패키지의 제조과정을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광소자 패키지(100)에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지의 개략 사시도이고, 도 2는 도 1의 반도체 발광소자 패키지를 I방향에서 바라본 평면도이며, 도 3은 도 2의 II-II'선을 따라서, 절개하여 본 측 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 자외선 발광소자 패키지(100)는 광방출창(200)을 갖는 성장용 기판(110), 반사층(300), 투광성 커버(500), 자외선 광을 방출하는 발광 구조물(120) 및 제1 및 제2 전극(141, 142)을 포함할 수 있다. 일 실시예의 자외선 발광소자 패키지(100)는 칩 스케일 패키지(Chip Scale Package, CSP)일 수 있으며, 웨이퍼 레벨 패키지(Wafer Level Package, WLP)일 수 있다.
상기 성장용 기판(110)은 상기 발광 구조물(120)을 성장시키는 반도체 성장용 기판으로 제공될 수 있다. 상기 성장용 기판(110)은 상기 발광 구조물(120)을 성장시킨 후, 광방출창(200)을 형성하는 과정을 통해 마련될 수 있다. 상기 성장용 기판(110)은, 실리콘(Si), 사파이어, SiC, Ga2O3, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, AlN, GaN 등과 같이 절연성, 도전성, 반도체 물질을 이용할 수 있다. 일 실시예의 경우, Si 기판이 사용될 수 있다.
상기 성장용 기판(110)은 서로 대향하는 제1 면(110a) 및 제2 면(110b)을 가질 수 있으며, 대향하는 면을 관통하는 광방출창(200)을 가질 수 있다. 상기 광방출창(200)은 상기 발광 구조물(120)에서 방출된 자외선 광(L1)을 상기 자외선 발광소자 패키지(100)의 전방으로 방출하는 영역이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 광방출창(200)은 상부에서 보았을 때, 소정의 두께(W1)를 가지는 측벽에 의해 둘러싸인 사각형으로 형성할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 원형, 타원형, 다각형과 같이 다양하게 변형할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 광방출창(200)을 형성하는 성장용 기판(110)의 내면(110c)은 상기 발광 구조물(120)의 상면에 대해 직각을 이루도록 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 내면(110c)은 상기 발광 구조물(120)의 상면에 대해 경사면을 이루도록 소정의 기울기(θ)를 가질 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 성장용 기판(110)의 내면(110c)에는 반사층(300)이 배치될 수 있다. 상기 반사층(300)은 상기 내면(110c)을 덮도록 배치될 수 있으며, 실시예에 따라서는, 상기 성장용 기판(110)의 제1면(110a)까지 연장될 수 있다. 상기 반사층(300)은 상기 발광 구조물(120)에서 방출된 자외선 광(L1)을 반사하여, 상기 자외선 발광소자 패키지의 전방(도 1의 I방향)으로 집중시킬 수 있다. 특히, Si기판과 같이 광반사성이 낮은 기판을 상기 성장용 기판(110)으로 채용한 경우에, 상기 반사층(300)을 배치함으로써, 자외선 광(L1)이 성장용 기판(110)에 흡수되는 것을 방지하여 의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 반사층은 고반사성 금속인 알루미늄(Al), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
상기 성장용 기판(110)의 제1면(110a)에는 상기 광방출창(200)을 덮도록, 투광성 커버(500)가 배치되어, 상기 광방출창(200)을 봉지할 수 있다. 상기 투광성 커버(500)는 균일한 두께를 갖는 얇은 판상의 형태를 가질 수 있다. 상기 투광성 커버(500)는 상기 광방출창(200)을 덮어, 상기 광방출창(200)의 저면에 노출된 상기 발광 구조물(120)을 외부의 습기로부터 차단할 수 있다. 따라서, 상기 투광성 커버(500)는 상기 광방출창(200)을 덮어 외부와 격리된 공간부를 형성할 수 있다. 상기 공간부에는 공기(air)와 같이, 투광성 커버(500)와 상이한 물질이 충전될 수 있다. 다만, 투광성 커버(500)의 형상을 이에 한정하는 것은 아니며, 다른 실시예에서 설명하는 같이, 상기 투광성 커버(500)의 하부영역이 상기 광방출창(200)을 채우도록 형성되어, 상기 하부영역이 상기 발광 구조물(120)에 접하도록 배치될 수도 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 투광성 커버(500)의 측면이 상기 성장용 기판(110)의 측면(110d)과 공면(coplanar)을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 투광성 커버(500)는 연질유리(softglass), 용융실리카(fused silica), 및 용융 석영(fused quartz) 등과 같은 중 하나로 이루어 질 수 있다. 또한, 상기 투광성 커버(500)는 유리 소결물(glass frit)을 저온에서 소결한 저온소결 유리로 이루어질 수 있다.
상기 투광성 커버(500)는 상기 성장용 기판(110)의 제1 면(110a)에 접착층(400)에 의해 부착될 수 있다. 상기 접착층(400)은 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 금속층 및 물유리(water glass), 실리콘(silicone)등과 같은 물질로 이루어질 수 있다. 다만, 실시예에 따라서는, 상기 접착층(400)은 생략될 수 있으며, 상기 투광성 커버(500)를 상기 성장용 기판(110)의 제1 면(110a)에 양극접합(anodic bonding)이나, 용융접합(fusion bonding)에 의하여 부착할 수도 있다. 상기 투광성 커버(500)는 자외선 광에 의해 변색이 잘 되지 않은 유리 또는 석영과 재질로 형성되므로, 자외선 광에 의해 상기 투광성 커버(500)가 변색되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 상기 발광 구조물(120)에서 방출된 자외선 광(L1)을 손실없이 전방으로 방출시킬 수 있다.
일 실시예의 자외선 발광소자 패키지(100)는 성장용 기판(110)에 광방출창(200)을 형성하고, 자외선에 의해 변색되지 않는 투광성 커버(500)를 부착함으로써, 칩 스케일 패키지를 구현하면서도, 자외선 광에 의해 광추출 효율이 감소되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 자외선 발광소자 패키지의 제품 신뢰성을 유지할 수 있다.
발광 구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123)을 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라서는, 버퍼층(124)을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(121)은 AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)을 만족하는 n형 질화물 반도체일 수 있으며, n형 불순물은 Si, Ge, Se, Te 또는 C일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(121)은 n형 AlGaN, GaN, GaInN을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(123)은 AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)을 만족하는 p형 질화물 반도체층일 수 있다. p형 불순물은 Mg, Zn, Be일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(123)은 p형 AlGaN, GaN, GaInN을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 상기 제2 도전형 반도체층(123)은 의사 p형(pseudo p-type) 반도체로서 고의적으로 언도프되지 않은 질화물 반도체일 수 있다.
상기 활성층(122)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 양자우물층과 양자장벽층은 서로 다른 조성을 갖는 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)일 수 있다. 일 실시예의 경우, GaN/AlGaN, InAlGaN/InAlGaN 및 InGaN/AlGaN과 같은 다중양자우물구조가 사용될 수 있다. 상기 활성층(125)은 다중양자우물구조에 한정되지 않고, 단일양자우물 구조일 수 있다.
상기 활성층(122)은 단파장인 자외선 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(122)은 200㎚~430㎚의 파장(λ)을 갖는 광일 수 있다. 특정 예에서, 상기 활성층(122)으로부터 방출되는 자외선 광은 200㎚~280㎚의 파장을 갖는 UV-C일 수 있다. 이러한 자외선 광은 반도체(특히, 밴드갭이 작은 반도체)에 흡수되는 경향이 있다. 예를 들어, GaN은 360㎚ 이하의 파장을 흡수하여 광이 손실될 수 있다. 따라서, 발광 구조물(120)은 AlN, AlGaN 등과 같은 Al이 함유된 질화물층을 이용할 수 있다.
상기 발광 구조물(120)은 복수개가 배치될 수도 있다. 본 실시예는 제1 및 제2 발광 구조물(LED1, LED2)이 배치된 경우를 예로 들어 설명하나, 이에 한정하는 것은 아니며, 하나의 발광 구조물로 구성될 수도 있으며, 3개 이상의 발광 구조물이 배치될 수도 있다.
상기 성장용 기판(110)과 제1 도전형 반도체층(121)의 사이에는 버퍼층(124)이 구비될 수 있다. 상기 버퍼층(124)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1)일수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층은 500℃ 내지 600℃의 저온에서 형성되며, 의도적으로 도핑되지 않은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN일 수 있다. 필요에 따라, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다. 상기 버퍼층(124)은 수십 도는 수천 ㎚의 두께로 형성될 수 있으며, 일 실시에에서는 10㎚ 내지 3000㎚의 두께로 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 발광 구조물(120)에는 제1 및 제2 전극 (141, 142)이 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(121, 123)과 각각 접하도록 구비될 수 있다.
제1 및 제2 전극(141, 142)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(121, 123)과 오믹 특성을 갖는 도전성 물질이 1층 또는 다층 구조로 적층되어 이루어질 수 있으며, 예컨대, Au, Ag, Cu, Zn, Al, In, Ti, Si, Ge, Sn, Mg, Ta, Cr, W, Ru, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, 투명 도전성 산화물(TCO) 등의 물질 중 하나 이상을 스퍼터링 등을 이용하여 증착시킴으로써 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극(141, 142)은 상기 발광 구조물(120)을 기준으로, 제1 도전형 반도체층이 배치된 일 면의 반대 측인 타 면에 서로 동일한 방향으로 배치될 수 있다. 따라서, 자외선 발광소자 패키지(100)가 실장되는 면에 플립칩(flip-chip) 형태로 실장될 수 있다. 이 경우, 활성층(122)에서 방출된 광은 상기 제1 도전형 반도체층(121)을 경유하여 외부로 방출될 수 있다.
제1 절연층(130)은 식각 영역 및 메사 영역으로 노출되는 활성층(122)을 덮도록 발광 구조물(120)의 표면에 배치될 수 있다. 제1 절연층(130)은 기본적으로 절연 특성을 지닌 재료로 이루어질 수 있으며, 무기질 또는 유기질 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 제1 절연층(130)은 에폭시계 절연 수지로 형성될 수 있으며, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하여 이루어질 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 등으로 이루어질 수 있다.
제1 절연층(130)은 상기 제1 전극(141)과 제2 전극(142) 상에 각각 배치되는 복수의 개구부(131. 132)를 구비할 수 있다. 복수의 개구부(131, 132)는 각각 제1 전극(141)과 제2 전극(142)이 배치되는 위치를 정의할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 전극(141)은 식각 영역에서 제1 도전형 반도체층(121)에 접하여 배치될 수 있으며, 제2 전극(142)은 메사 영역에서 제2 도전형 반도체층(123)에 접하여 배치될 수 있다. 또한, 제1 전극(141)은 복수의 패드부 및 패드부 보다 좁은 폭을 갖는 핑거부를 가질 수 있다. 복수의 패드부는 서로 이격되어 배치될 수 있다. 제2 전극(142)은 제2 도전형 반도체층(123)의 상면을 덮는 형태로 구비될 수 있다. 제2 전극(142)은 상대적으로 큰 전기 저항을 갖는 제2 도전형 반도체층(123)의 특성을 고려하여, 제1 전극(141) 보다 큰 표면적을 가질 수 있다. 제1 및 제2 전극(141, 142)은 발광 구조물(120) 상에 형성된 제1 절연층(130)을 선택적으로 제거하여 마련된 복수의 개구부(131, 132)에 배치될 수 있다.
제1 및 제2 금속층(151, 152)은 각각 제1 및 제2 전극(141, 142)을 덮도록 배치되어 제1 및 제2 도전형 반도체층(121, 123)과 각각 전기적으로 접속할 수 있다. 이러한, 제1 및 제2 금속층(151, 152)은 선택적으로 구비될 수 있으며, 실시예에 따라서는 생략될 수도 있다.
제2 절연층(160)은 제1 절연층(130), 제1 및 제2 금속층(151, 152)을 전체적으로 덮는 구조로 상기 발광 구조물(120) 상에 구비될 수 있다. 제2 절연층(160)은 제1 절연층(130)과 유사하게 기본적으로 절연 특성을 지닌, 에폭시계 절연 수지로 형성될 수 있다. 실시예에 따라서는, 제2 절연층(160)은 제1 절연층(130)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 발광 구조물(120)을 기판의 측면(110d)에서 소정의 폭(W2)만큼 이격되도록 식각하고, 상기 제2 절연층(160)이 상기 성장용 기판(110)에 연장되어 접하도록 배치함으로써, 상기 발광 구조물(120)의 측면광(L2)이 발광 구조물(120)을 통해 자외선 발광소자 패키지(100)의 측면으로 방출되는 것을 방지할 수 있다.
제2 절연층(160) 상에는 금속 패드(170)와 본딩 패드(180)를 포함하는 본딩 구조물이 배치될 수 있다.
금속 패드(170)는 제1 및 제2 금속 패드(171, 172)를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 금속 패드(171, 172)는 제2 절연층(160) 상에 서로 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 금속 패드(171, 172)는 제1 및 제2 도전형 반도체층(121, 123)에 각각 전기적으로 접속되도록 배치될 수 있다. 금속 패드(170)는 제1 및 제2 전극(141, 142)을 후술하는 본딩 패드(180)에 접속시키기 위한 배선구조로서, 다층 또는 단층의 금속층으로 구성될 수 있다. 금속 패드(170)는 구리(Cu) 또는 구리/주석(Cu/Sn) 합금으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 다양한 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 제1 금속 패드(171)와 제2 금속 패드(172)는 각각 서로 분리된 복수의 영역에서 제2 절연층(160)의 복수의 개구부(161, 162)를 통하여 제1 금속층(151)과 제2 금속층(152)에 각각 접속할 수 있다.
일 실시예와 같이 발광 구조물(120)이 복수개의 발광 구조물(LED1, LED2)로 이루어진 경우에는, 제1 및 제2 금속 패드(171, 172)의 사이에는 연결 금속 패드(173)가 이격하여 배치될 수 있다. 연결 금속 패드(173)는 제2 절연층(160)을 관통하여 복수의 발광 구조물 중 어느 하나의 발광 구조물(LED2)의 제1 전극(141)과 인접한 다른 발광 구조물(LED1)의 제2 전극(142)을 연결하여, 복수의 발광 구조물(LED1, LED2)을 서로 전기적으로 접속시킬 수 있다.
본딩 패드(180)는 제1 및 제2 본딩 패드(181, 182)를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 본딩 패드(181, 182)는 제1 및 제2 금속 패드(171, 172) 상에 각각 배치될 수 있다. 본딩 패드(180)는 자외선 발광소자 패키지(100)를 회로 기판에 실장할 때에 납땜이 되어 부착되는 부분으로, 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(121, 123)과 접속되어, 본딩 패드(180)를 통해 공급되는 전류를 제1 및 제2 도전형 반도체층(121, 123)에 인가할 수 있다. 본딩 패드(180)는 제1 및 제2 금속 패드(171, 172)와 동일한 물질로 형성될 수 있다.
봉지부(190)는 본딩 구조물인 금속 패드(170)와 본딩 패드(180)를 덮도록 배치될 수 있다. 또한, 봉지부(190)는 발광 구조물(120)을 덮도록 배치될 수 있다. 상기 봉지부(190)는 제1 및 제2 본딩 패드(181, 182)의 일면을 노출시키는 평탄면을 갖도록 구성될 수 있다. 봉지부(190)는 제1 및 제2 발광 구조물(LED1, LED2)을 견고하게 지지하기 위해서 높은 영률(Young's Modulus)을 가질 수 있다. 또한, 봉지부(190)는 제1 및 제2 발광 구조물(LED1, LED2)에서 발생한 열을 효과적으로 방출하기 위하여 높은 열 전도도를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 봉지부(190)는 에폭시 수지, 아크릴 수지 또는 실리콘(silicone) 수지를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 봉지부(190)는 빛을 반사시키기 위한 광반사성 입자를 포함할 수 있다. 상기 광반사성 입자로는 이산화 티타늄(TiO2) 또는 산화 알루미늄(Al2O3)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 봉지부(190)의 측면은 상기 성장용 기판의 측면(110b)과 공면(coplanar)을 갖도록 형성될 수 있다.
다음으로, 자외선 발광소자 패키지의 일 실시예에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 발광소자 패키지의 평면도이고, 도 6은 도 5의 자외선 발광소자 패키지를 III-III'선을 따라 절개하여본 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 자외선 발광소자 패키지(1000)는 광방출창(1200)을 갖는 성장용 기판(1110), 반사층(1300), 투광성 커버(1500), 자외선 광을 방출하는 발광 구조물(1120) 및 제1 및 제2 전극(1141, 1142)을 포함하는 점에서는 앞서 설명한 실시예와 유사하나, 투광성 커버(1500)의 하부가 상기 광방출창(1200)을 채워 발광 구조물(1120)과 맞닿으며, 반사층(1300)의 형상이 상이한 차이점이 있다. 또한, 상부에서 보았을 때, 상기 광방출창(1200)이 원형으로 형성된 차이점이 있다.
앞서 설명한 실시예와 유사하게, 발광 구조물(1120)은 제1 도전형 반도체층(1121), 활성층(1122), 제2 도전형 반도체층(1123) 및 버퍼층(1124)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 절연층(1130, 1160), 제1 및 제2 금속층(1151, 1152) 및 봉지부(1190)는 앞서 설명한 일 실시예와 동일하므로, 이에 관한 자세한 설명은 생략한다.
일 실시예의 경우, 상기 반사층(1300)이 광방출창(1200)의 측벽 및 성장용 기판(1110)의 상면(1110a)을 덮도록 배치된다. 따라서, 투광성 커버(1500)로 입사된 자외선 광 중 일부가 성장용 기판(1110)의 상면(1110a)에서 흡수되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예의 경우, 상기 투광성 커버(1500)는 평탄면을 갖는 상부 영역(1500a)과 상기 상부(1500a)에서 광방출창(1200)을 채우도록 돌출된 하부 영역(1500b)을 포함한다. 상기 투광성 커버(1500)는 유리 소결물(glass frit)을 저온에서 소결한 저온소결 유리로 이루어질 수 있다. 상기 투광성 커버(1500)는 상기 성장용 기판(1110)을 덮도록 유리 조성물 함유된 혼합물층을 채우고, 상기 혼합물층을 약 750℃이하의 온도에서 소결함으로써 형성할 수 있다.
다음으로, 도 1의 자외선 발광소자 패키지(100)의 제조공정에 대해 설명한다. 도 7 내지 도 17은 도 3의 자외선 발광소자 패키지의 제조과정을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 7 내지 도 17에서, 도 1 내지 도 3과 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며, 중복되는 설명은 생략한다.
도 7를 참조하면, 성장용 기판(110) 상에 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123)을 순차적으로 에피택셜 성장시켜 발광 구조물(120)을 형성하고, 제1 도전형 반도체층(121)의 적어도 일부가 노출되도록 제2 도전형 반도체층(123), 활성층(122) 및 제1 도전형 반도체층(121)의 일부를 식각할 수 있다. 이에 의해 식각 영역(E)과 상기 식각 영역(E)에 의해 부분적으로 구획된 복수의 메사 영역(M)을 형성할 수 있다. 본 실시예는 두개의 발광 구조물이 형성될 영역(A1, A2)을 포함하는 경우를 예로 들어 설명한다.
성장용 기판(110)은 실리콘(Si), 사파이어, SiC, Ga2O3, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, AlN, GaN 중 하나일 수 있다. 성장용 기판(110)과 제1 도전형 반도체층(121) 사이에 버퍼층(124)이 구비될 수 있다. 상기 버퍼층(124)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1)일수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층은 500℃ 내지 600℃의 저온에서 형성되며, 의도적으로 도핑되지 않은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN일 수 있다. 필요에 따라, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 발광 구조물(120) 상에 절연성 물질을 증착하여 제1 절연층(130)을 형성하고, 제1 절연층(130)의 일부 영역을 식각함으로써, 제1 및 제2 도전형 반도체층(121, 123)을 노출시키는 개구부(131, 132)를 형성한 후, 각각에 전도성 금속을 증착하여 제1 및 제2 전극(141, 142)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 9를 참조하면, 제1 및 제2 전극(141,142) 상에 각각 전도성 금속을 증착하여 제1 및 제2 금속층(151, 152)을 형성함으로써, 제1 및 제2 발광 구조물(LED1, LED2)를 준비할 수 있다.
다음으로, 도 10을 참조하면, 발광 구조물(120)의 일부 영역을 식각하여, 성장용 기판(110)이 노출되는 소자 분리 영역(ISO1) 및 제1 도전형 반도체층(121)이 노출되는 발광 구조물 분리 영역(ISO2)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 11을 참조하면, 제1 및 제2 금속층(151, 152)를 덮도록 절연성 물질을 증착하여 제2 절연층(160)을 형성하고, 제2 절연층(160)의 일부 영역을 식각함으로써, 제1 금속층(151)과 제2 금속층(152)을 노출시키는 개구부(161, 162)를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 12를 참조하면, 제2 절연층(160) 상에 금속 패드(170)와 본딩 패드(180)를 포함하는 본딩 구조물을 형성할 수 있다. 상기 금속 패드(170)는 제1 및 제2 금속 패드(171, 172) 및 연결 금속 패드(173)를 포함할 수 있으며, 상기 본딩 패드(180)는 제1 본딩 패드(181) 및 제2 본딩 패드(182)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 금속 패드(171, 173)와 연결 금속 패드(173)는 시드층을 이용하여 도금공정에 의해 형성될 수 있다. 제1 금속 패드(171) 및 제2 금속 패드(172)는 전기적으로 단락되지 않도록 서로 이격되도록 형성될 수 있다. 제1 및 제2 금속 패드(171, 172) 및 연결 금속 패드(173)는 구리(Cu)로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 구리 이외의 전도성 물질로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 금속 패드(171, 172) 상에는 제1 및 제2 본딩 패드(181, 182)가 형성될 수 있다. 제1 및 제2 본딩 패드(181, 182)는 도금공정에 의해 형성될 수 있다. 제1 및 제2 본딩 패드(181, 182)는 제1 및 제2 금속 패드(171, 172)와 동일한 물질로 형성될 수 있다.
상기 도금공정을 수행하기 위해 제1 및 제2 금속 패드(171, 172)가 형성될 영역을 정의하거나, 제1 및 제2 본딩 패드(181, 182)가 형성될 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴이 형성될 수 있고, 상기 포토레지스트 패턴은 도금공정이 완료된 후에 스트립(strip) 공정에 의해 제거될 수 있다.
다음으로, 도 13을 참조하면, 제1 및 제2 금속 패드(171, 172)와 제1 및 제2 본딩 패드(181, 182)를 매립하는 봉지부(190)를 형성할 수 있다.
봉지부(190)는 제1 및 제2 본딩 패드(181, 182)의 상부까지 덮도록 봉지 재료를 도포하는 공정을 포함하며, 선택적으로 그라인딩 등과 같은 평탄화 공정을 이용하여 상기 제1 및 제2 본딩 패드(181, 182)의 단부를 노출시키는 공정이 포함될 수 있다.
다음으로, 도 14를 참조하면, 제1 도전형 반도체층(121)의 저면에 드러나도록 성장용 기판(110)의 중앙 영역을 식각(E)하여 제거함으로써 광방출창(200)을 형성할 수 있다. 이때, 실시예에 따라서는 저면에 버퍼층(124)의 일부가 잔존할 수 있다. 상기 광방출창(200)은 상기 성장용 기판(110)을 oxide-DRIE(oxide-deep reactive ion etching)와 같은 방법으로 건식식각하여 형성할 수 있다. 그러나, 이러한 방법 이외에도, 당업계에서 사용되는 다양한 건식 또는 습식 식각방법이 사용될 수 있다. 또한 상기 광방출창(200)은 레이저-드릴링(Laser-Drilling)법에 의해서도 형성할 수 있다.
다음으로, 도 15를 참조하면, 상기 성장용 기판(110)의 내면에 반사층(300)을 형성하여, 광방출창(200)에 반사층(300)을 배치할 수 있다. 상기 반사층(300)은 고반사성 금속인 알루미늄(Al), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함하는 물질을 증착하여 형성할 수 있다.
다음으로, 도 16을 참조하면, 상기 광방출창(200)을 덮도록 투광성 커버(500)를 부착할 수 있다. 상기 투광성 커버(500)는 연질유리(softglass), 용융실리카(fused silica), 및 용융 석영(fused quartz) 등과 같은 중 하나로 이루어 질 수 있다. 상기 투광성 커버(500)는, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 금속층 및 물유리(water glass), 실리콘(silicone)등과 같은 물질을 상기 성장용 기판(110)의 상면에 도포하고 부착할 수 있다. 다만, 실시예에 따라서는, 상기 접착층(400)은 생략될 수 있으며, 상기 투광성 커버(500)를 상기 성장용 기판(110)의 제1 면(110a)에 양극접합(anodic bonding)이나, 용융접합(fusion bonding)에 의하여 부착할 수도 있다.
다음으로, 도 17을 참조하면, 블레이드(B)를 이용하여 개별 패키지별로 절단하는 공정을 수행함으로써, 도 1에 도시된 자외선 발광소자 패키지를 형성할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 자외선 발광소자 패키지
110: 성장용 기판
120: 발광 구조물
121: 제1 도전형 반도체층
122: 활성층
123: 제2 도전형 반도체층
130: 제1 절연층
141: 제1 전극
142: 제2 전극
151: 제1 금속층
152: 제2 금속층
160: 제2 절연층
161, 162: 개구부
170: 금속 패드
171, 172: 제1 및 제2 금속 패드
173: 연결 전극 패드
180: 본딩 패드
181: 제1 본딩 패드
182: 제2 본딩 패드
190: 봉지부
200: 광방출창
300: 반사층
400: 접착층
500: 투광성 커버
ISO1: 소자 분리 영역
ISO2: 발광 구조물 분리 영역

Claims (10)

  1. 제1 면 및 이에 대응하는 제2 면을 가지며, 상기 제1 및 제2 면을 관통하는 광방출창을 갖는 성장용 기판;
    상기 광방출창의 내벽에 배치된 반사층;
    상기 제1 면 상에 배치되며 상기 광방출창을 덮는 투광성 커버;
    상기 제2 면 상에 상기 광방출창을 덮도록 배치되며, 제1 및 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층의 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물; 및
    상기 제1 및 제2 도전형 반도체층과 각각 접속된 제1 및 제2 전극;을 포함하는 자외선 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 활성층에서 방출되는 광의 파장(λ)은 200㎚∼280㎚ 범위인 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투광성 커버는 연질유리(softglass), 용융실리카(fused silica), 및 용융 석영(fused quartz) 중 하나로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 투광성 커버는 상기 성장용 기판의 상기 제1 면에 도포된 접착층에 의해 부착된 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 접착층은 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 금속층 및 물유리(water glass), 실리콘(silicone) 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은 알루미늄(Al), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 성장용 기판의 측면은 상기 투광성 커버의 측면과 공면(coplanar)을 갖는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 투광성 커버는,
    평탄면을 가지는 상부 영역; 및
    상기 상부 영역에서 상기 광방출창을 향해 돌출된 하부 영역을 포함하며,
    상기 하부 영역은 상기 발광 구조물에 접하도록 배치되어, 상기 광방출창을 충전하며,
    상기 투광성 커버는 유리 소결물(glass frit)을 저온에서 소결한 저온소결 유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발광 구조물 상에 배치되며, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층과 각각 접속된 제1 및 제2 전극;
    상기 발광 구조물과 상기 제1 및 제2 전극을 덮는 절연층;
    상기 절연층 상에 배치되며, 상기 절연층을 관통하여 상기 제1 및 제2 전극과 각각 접속되는 제1 및 제2 금속 패드;
    상기 제1 및 제2 금속 패드 상에 각각 배치되는 제1 및 제2 본딩 패드; 및
    상기 제1 및 제2 본딩패드의 일부 영역이 노출되도록 상기 제1 및 제2 본딩 패드와 상기 제1 및 금속 패드를 덮는 봉지부;를 포함하는 자외선 발광소자 패키지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 절연층의 적어도 일 영역은 상기 성장용 기판에 접하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 패키지.
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