KR20100135360A - Semiconductor device chip controlled emitting angle - Google Patents

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KR20100135360A
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Abstract

PURPOSE: A semiconductor chip is provided to emit light to both the lateral side and the upper side of a chip by adjusting the pattern of a light radiating angle. CONSTITUTION: A semiconductor chip includes a substrate and a light emitting element. The substrate is based on sapphire(Al_2O_3), silicon carbide(SiC), lithium aluminum oxide(LiAlO_2), magnesium oxide(MgO). A concave-convex part is formed on the upper side of the substrate. The light emitting element is formed on the substrate. The upper side of the substrate is formed into square, rectangular, parallelogram shapes.

Description

방사각이 제어된 반도체 칩{Semiconductor device chip controlled emitting angle}Semiconductor chip controlled emitting angle

본 발명은 반도체 칩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사각이 제어가 가능한 LED 칩에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor chip, and more particularly to an LED chip capable of controlling the radiation angle.

LED 시장은 핸드폰 등 휴대형 통신기기나 소형가전제품의 키패드, 액정 디스플레이(LCD)의 백라이트 유닛(back light unit) 등에 사용되는 저출력 LED를 기반으로 성장하였다. 최근에는 인테리어 조명, 외부 조명, 자동차 내외장, 대형 LCD의 백라이트 유닛 등에 사용되는 고출력, 고효율 광원의 필요성이 대두되면서, LED 시장 또한 고출력 제품 중심으로 옮겨 가고 있다. The LED market grew based on low-power LEDs used in portable communication devices such as mobile phones, keypads of small home appliances, and back light units of liquid crystal displays (LCDs). Recently, as the need for high-power and high-efficiency light sources for interior lighting, exterior lighting, automotive interior and exterior, and large LCD backlight units has emerged, the LED market is shifting to high-power products.

LED 칩의 방사 패턴은 모든 입체각에 동일한 플럭스(flux)를 갖는 구면 발광을 하는 것이 이상적이다. The radiation pattern of the LED chip is ideal for spherical light emission with the same flux in all solid angles.

도 1은 종래의 사파이어 기판(110) 상에 질화물 박막(120)이 성장되어 있는 LED 칩(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다. 그리고 도 3은 도 1에 도시된 LED 칩(100)의 방사각 패턴을 나타낸 도면이다.1 is a perspective view of an LED chip 100 in which a nitride thin film 120 is grown on a conventional sapphire substrate 110. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 3 is a view showing a radiation angle pattern of the LED chip 100 shown in FIG.

도 1에 도시된 바와 같이 반도체 칩의 수직한 법선과 이루는 각이 60°이하 인 부분으로 방사각 패턴이 집중되어 있다. 즉, 반도체 칩의 상방향으로 대부분의 광이 출력되고, 반도체 칩의 측방향으로는 거의 광이 출력되지 않는다. 이와 같이 일부 영역으로 치우쳐서 광이 출력되면, 패키지 내의 형광체 도포 영역 중 일부 형광체 도포 영역에만 광이 집중적으로 조사되고, 일부 형광체 도포 영역에는 광이 거의 조사되지 않아 형광체에 의한 광변환 효율을 저하시키는 원인이 된다.As shown in FIG. 1, the radiation angle pattern is concentrated to a portion having an angle of 60 ° or less with a vertical normal line of the semiconductor chip. That is, most of the light is output in the upward direction of the semiconductor chip, and almost no light is output in the lateral direction of the semiconductor chip. When the light is output in a partial region as described above, light is intensively irradiated to only a portion of the phosphor coating region of the phosphor coating region in the package, and light is not irradiated to some of the phosphor coating regions, thereby degrading the light conversion efficiency by the phosphor. Becomes

또한, 백 라이트 유닛(back light unit, BLU), 조명, 가로등 등의 넓은 방사각의 패키지를 필요로 하는 응용 분야에서, 높은 효율을 나타내려면 LED 칩의 방사각이 최대한 넓은 것이 유리하다.In addition, in applications requiring a wide radiation angle package such as a back light unit (BLU), lighting, street light, etc., it is advantageous that the radiation angle of the LED chip is as wide as possible to exhibit high efficiency.

그러나 종래에는 패키지 렌즈의 형태를 제어하여 방사각 패턴을 제어하는 방법만이 제안되고 있을 뿐, 칩의 방사각 패턴을 조절하는 것이 극히 제한적이어서, 넓은 방사각을 갖는 패턴을 구현하는 것은 거의 불가능하였고, 또한, 의도적으로 방사각 패턴을 조절하는 것은 더더욱 불가능하였다. 그리고 칩의 방사각과 패키지 렌즈의 형태가 일치하지 않는 경우, 패키지 렌즈에 의한 광효율 감소가 일어나는 문제점이 있다. 따라서 칩 자체의 방사각 패턴을 제어할 필요성이 커지고 있다.However, in the related art, only a method of controlling the radiation angle pattern by controlling the shape of the package lens has been proposed, and since it is extremely limited to control the radiation angle pattern of the chip, it is almost impossible to realize a pattern having a wide radiation angle. In addition, it was even more impossible to intentionally adjust the radial angle pattern. In addition, when the radiation angle of the chip and the shape of the package lens do not match, there is a problem in that the optical efficiency is reduced by the package lens. Therefore, the need to control the radiation angle pattern of the chip itself is increasing.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 기판의 형상을 조절하여 방사각을 제어할 수 있는 반도체 칩을 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a semiconductor chip capable of controlling a radiation angle by adjusting a shape of a substrate.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 반도체 칩은 기판과 상기 기판 상에 형성된 발광소자를 구비하며, 상기 기판의 상면과 수직한 법선을 기준으로 상기 법선과 이루는 각도에 따라 출력되는 광의 광량이 제어되도록, 상기 기판이 형성된다.In order to solve the above technical problem, the semiconductor chip according to the present invention includes a substrate and a light emitting device formed on the substrate, and based on an angle formed with the normal with respect to a normal perpendicular to the upper surface of the substrate, The substrate is formed so that the amount of light is controlled.

본 발명에 따른 반도체 칩에 있어서, 상기 기판의 옆면 중 적어도 하나는 상기 기판의 상면과 기울어지게 형성되고, 상기 기판의 상면에는 요철이 형성될 수 있다.In the semiconductor chip according to the present invention, at least one of the side surfaces of the substrate may be formed to be inclined with the top surface of the substrate, and irregularities may be formed on the top surface of the substrate.

본 발명에 따른 반도체 칩은 상기 법선 방향으로 출력되는 광의 광량은 가장 큰 광량을 갖고 출력되는 광의 광량의 80% 이하이고, 상기 법선 방향과 직교하는 방향으로 출력되는 광의 광량은 가장 큰 광량을 갖고 출력되는 광의 광량의 30% 이상이 되도록 제어될 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 반도체 칩은 가장 큰 광량을 갖고 출력되는 광의 방향과 상기 법선이 이루는 각도가 60°이상이고, 상기 법선과 60°이상 90°이하의 각도로 출력되는 광의 총 광량이 상기 법선과 60°이하의 각도로 출력되는 광의 총 광량의 30% 이상이 되도록 제어될 수 있다.In the semiconductor chip according to the present invention, the light quantity output in the normal direction has the largest light quantity and is 80% or less of the light quantity output in the normal direction, and the light quantity output in the direction orthogonal to the normal direction has the largest quantity of light. It can be controlled to be 30% or more of the amount of light to be light. In addition, the semiconductor chip according to the present invention has the largest amount of light and the direction of the light output and the angle formed by the normal is 60 ° or more, and the total light amount of the light output at an angle of 60 ° or more and 90 ° or less with the normal and The light may be controlled to be 30% or more of the total amount of light output at an angle of 60 ° or less.

본 발명에 따른 반도체 칩은 방사각 패턴을 다양한 형태로 제어하는 것이 가능하다. 특히, 종래의 반도체 칩은 주로 칩의 상방향으로만 출력되는 광의 광량이 집중되어 있었으나, 본 발명에 따른 반도체 칩은 칩의 측방향으로 출력되는 광의 광량이 상당량 분포되도록 방사각 패턴을 조절하는 것이 가능하다.The semiconductor chip according to the present invention can control the radiation angle pattern in various forms. Particularly, in the conventional semiconductor chip, the amount of light emitted mainly in the upper direction of the chip is concentrated. However, in the semiconductor chip according to the present invention, it is preferable to adjust the radiation angle pattern so that the amount of light output in the lateral direction of the chip is distributed in a considerable amount. It is possible.

본 발명은 기판과 기판 상에 형성된 발광소자를 구비한 반도체 칩에 관한 것으로, 반도체 칩으로부터 출력되는 광의 광량이 기판의 상면과 수직한 법선과 이루는 각도에 따라 제어되도록 기판이 형성된 반도체 칩에 관한 것이다. 이를 위해, 기판은 두 가지 형태로 형성할 수 있는데, 하나는 기판의 옆면이 상면과 기울어지게 형성하는 것이고, 다른 하나는 기판의 상면에 요철을 형성하는 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor chip having a substrate and a light emitting element formed on the substrate. The present invention relates to a semiconductor chip having a substrate formed such that the amount of light output from the semiconductor chip is controlled according to an angle formed by a normal line perpendicular to the upper surface of the substrate. . To this end, the substrate may be formed in two forms, one of which forms the side surface of the substrate to be inclined with the top surface, and the other forms the irregularities on the upper surface of the substrate.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 방사각이 제어된 반도체 칩의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the semiconductor chip controlled radiation angle according to the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you.

반도체 칩의 제1형태 : 기판의 옆면이 기울어진 반도체 칩1st form of semiconductor chip: the semiconductor chip in which the side surface of the board | substrate was inclined

도 4는 본 발명에 따른 반도체 칩의 제1형태의 제1실시예에 대한 사시도이고, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도이다. 4 is a perspective view of a first embodiment of a first aspect of a semiconductor chip according to the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V-V of FIG.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제1형태의 제1실시예의 반도체 칩(400)은 기판(410)과 발광소자(420)를 구비한 발광소자용 반도체 칩이며, 특히, 발광다이오 드(LED)용 칩일 수 있다. 이를 위해, 기판(410)은 사파이어(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 리튬 알루미늄 산화물(LiAlO2), 마그네슘 산화물(MgO) 등으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 사파이어가 이용된다. 발광소자(420)는 기판(410) 상에 형성되며, LED 구조가 포함된 단결정 박막층으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 GaN계 질화물 박막으로 이루어질 수 있다.4 and 5, the semiconductor chip 400 of the first embodiment of the first aspect is a semiconductor chip for a light emitting device having a substrate 410 and a light emitting element 420, in particular, a light emitting diode (LED) ) May be a chip. To this end, the substrate 410 may be made of sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), lithium aluminum oxide (LiAlO 2 ), magnesium oxide (MgO) and the like, preferably sapphire is used. The light emitting device 420 is formed on the substrate 410, and may be formed of a single crystal thin film layer including an LED structure, and preferably, may be formed of a GaN-based nitride thin film.

기판(410)의 상면의 형상은 정사각형, 직사각형, 평행사변형 등의 형상을 가질 수 있으며, 바람직하게는 직사각형의 형상을 갖는다. 그리고 기판(410)의 4개의 옆면 중 상대적으로 큰 옆면(412)(이하 '제1면'이라 함)은 기판(410)의 바닥면(414)과 둔각을 이루도록 기울어지게 형성된다. 그리고 제1면(412)와 대향되는 옆면(413)(이하 '제2면'이라 함)은 바닥면(414)와 예각을 이루도록 기울어지게 형성된다. 이때, 도 5에 나타낸 θ1과 θ2를 동일하게 하여, 단면의 형상이 평행사변형이 되도록 기판(410)이 형성될 수 있다. The shape of the upper surface of the substrate 410 may have a shape of square, rectangle, parallelogram, and the like, and preferably has a rectangular shape. The relatively larger side surface 412 (hereinafter, referred to as a “first surface”) of the four side surfaces of the substrate 410 is inclined to form an obtuse angle with the bottom surface 414 of the substrate 410. The side surface 413 facing the first surface 412 (hereinafter referred to as 'second surface') is inclined to form an acute angle with the bottom surface 414. At this time, by making θ 1 and θ 2 shown in FIG. 5 the same, the substrate 410 may be formed such that the cross-sectional shape becomes a parallelogram.

도 4에 도시된 반도체 칩(400)의 방사각 패턴을 도 6에 나타내었다. 도 6에서 기판(410)의 상면과 수직한 법선 방향을 0°로 나타내었다.The radiation angle pattern of the semiconductor chip 400 illustrated in FIG. 4 is illustrated in FIG. 6. In FIG. 6, the normal direction perpendicular to the top surface of the substrate 410 is represented by 0 °.

도 6에 도시된 바와 같이, 제1형태의 제1실시예에 따른 반도체 칩(400)의 경우, 도 3에 도시된 종래의 경우에 비해 전체적으로 방사각 패턴이 넓게 분포됨을 알 수 있다. 특히, 법선과 60°이내에 대부분의 방사각 패턴이 분포한 종래의 경우(도 3)에 비해, 법선과 이루는 각도가 60°이상인 부분에서 상당한 방사각 패턴이 분포하게 된다. 그리고 출력되는 광의 광량이 가장 큰 방향 역시 법선과 이루는 각도가 60°이상(65°부근)임을 알 수 있다. 또한, 법선과 직교하는 방향으로 출력되는 광의 광량이 종래의 경우(도 3)에 비해 상당히 증가하게 된다. 가장 큰 광량을 갖는 출력광과 비교할 때, 30% 이상이 된다. As shown in FIG. 6, in the semiconductor chip 400 according to the first exemplary embodiment of the first embodiment, the radiation angle pattern is broadly distributed as compared with the conventional case illustrated in FIG. 3. In particular, a significant radial angle pattern is distributed in a portion where the angle formed with the normal is 60 degrees or more, as compared with the conventional case in which most radial angle patterns are distributed within a normal and 60 degrees. In addition, it can be seen that the direction of the largest amount of light output is also at an angle of 60 ° or more (near 65 °). In addition, the amount of light output in the direction orthogonal to the normal line is considerably increased as compared with the conventional case (Fig. 3). When compared with the output light having the largest amount of light, it becomes 30% or more.

그리고 기판(410)의 두께는 100 내지 200 μm 범위로 형성될 수 있다. 종래의 사파이어 기판은 80 μm 정도의 두께로 형성되는데, 기판(410)의 두께를 이보다 두껍게 하면, 기판(410)의 법선과 직교하는 방향으로 출력되는 광의 광량이 증가하게 된다.And the thickness of the substrate 410 may be formed in the range of 100 to 200 μm. The conventional sapphire substrate is formed to a thickness of about 80 μm, and if the thickness of the substrate 410 is thicker than this, the amount of light output in the direction orthogonal to the normal of the substrate 410 is increased.

도 7은 본 발명에 따른 반도체 칩의 제1형태의 제2실시예에 대한 사시도이고, 도 8는 도 7의 Ⅷ-Ⅷ선 단면도이다. FIG. 7 is a perspective view of a second embodiment of a first aspect of a semiconductor chip according to the present invention, and FIG. 8 is a sectional view taken along line X-ray of FIG.

도 7 및 도 8을 참조하면, 제1형태의 제2실시예의 반도체 칩(700)은 기판(710)과 발광소자(720)를 구비한 발광소자용 반도체 칩이며, 특히, 발광다이오드(LED)용 칩일 수 있다. 이를 위해, 기판(710)은 사파이어(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 리튬 알루미늄 산화물(LiAlO2), 마그네슘 산화물(MgO) 등으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 사파이어가 이용된다. 발광소자(720)는 기판(710) 상에 형성되며, LED 구조가 포함된 단결정 박막층으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 GaN계 질화물 박막으로 이루어질 수 있다.7 and 8, the semiconductor chip 700 of the second embodiment of the first aspect is a semiconductor chip for a light emitting device having a substrate 710 and a light emitting device 720, and in particular, a light emitting diode (LED). May be a chip. To this end, the substrate 710 may be made of sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), lithium aluminum oxide (LiAlO 2 ), magnesium oxide (MgO) and the like, preferably sapphire is used. The light emitting device 720 is formed on the substrate 710, and may be formed of a single crystal thin film layer including an LED structure, and preferably, may be formed of a GaN-based nitride thin film.

기판(710)의 상면의 형상은 정사각형, 직사각형, 평행사변형 등의 형상을 가질 수 있으며, 바람직하게는 직사각형의 형상을 갖는다. 그리고 기판(710)의 4개의 옆면 중 상대적으로 큰 옆면(712)(이하 '제1면'이라 함)과 이 옆면(712)과 대향하 는 옆면(713)(이하 '제2면'이라 함)이 모두 기판(710)의 바닥면(714)과 예각을 이루도록 기울어지게 형성된다. 이때, 도 8에 나타낸 θ1과 θ2를 동일하게 형성하여, 상면이 좁고, 바닥면이 넓은 단면의 형상이 등각사다리꼴이 되도록 기판(710)이 형성될 수 있다.The shape of the upper surface of the substrate 710 may have a shape of square, rectangle, parallelogram, and the like, and preferably has a rectangular shape. A relatively large side 712 (hereinafter referred to as 'first side') of the four sides of the substrate 710 and a side 713 facing the side 712 (hereinafter referred to as 'second side') ) Are all inclined to form an acute angle with the bottom surface 714 of the substrate 710. At this time, by forming the same θ 1 and θ 2 shown in FIG. 8, the substrate 710 may be formed such that the shape of the cross section having a narrow upper surface and a wide bottom surface becomes a trapezoid.

도 7에 도시된 반도체 칩(700)의 방사각 패턴을 도 9에 나타내었다. 도 9에서 기판(710)의 상면과 수직한 법선 방향을 0°로 나타내었다.A radiation angle pattern of the semiconductor chip 700 illustrated in FIG. 7 is illustrated in FIG. 9. In FIG. 9, the normal direction perpendicular to the top surface of the substrate 710 is represented by 0 °.

도 9에 도시된 바와 같이, 제1형태의 제2실시예에 따른 반도체 칩(700)의 경우, 도 3에 도시된 종래의 경우에 비해 전체적으로 방사각 패턴이 넓게 분포된다. 특히, 법선과 60°이내에 대부분의 방사각 패턴이 분포한 종래의 경우(도 3)에 비해, 법선과 이루는 각도가 60°이상인 부분에서 상당한 방사각 패턴이 분포하게 된다. 그리고 출력되는 광의 광량이 가장 큰 방향 역시 법선과 이루는 각도가 60°이상(65°부근과 325°부근)임을 알 수 있다. 또한, 법선 방향으로 출력되는 광의 광량이 종래의 경우(도 3)에 비해 상당히 감소하게 된다. 가장 큰 광량을 갖는 출력광과 비교할 때, 80% 이하가 된다. As shown in FIG. 9, in the semiconductor chip 700 according to the second exemplary embodiment of the first aspect, a radial angle pattern is widely distributed as compared with the conventional case illustrated in FIG. 3. In particular, a significant radial angle pattern is distributed in a portion where the angle formed with the normal is 60 degrees or more, as compared with the conventional case in which most radial angle patterns are distributed within a normal and 60 degrees. In addition, it can be seen that the direction of the largest amount of light output is also 60 degrees or more (near 65 ° and 325 °) with the normal line. In addition, the amount of light output in the normal direction is considerably reduced as compared with the conventional case (Fig. 3). When compared with the output light which has the largest light quantity, it becomes 80% or less.

그리고 기판(710)의 두께는 100 내지 200 μm 범위로 형성될 수 있다. 종래의 사파이어 기판은 80 μm 정도의 두께로 형성되는데, 기판(710)의 두께를 이보다 두껍게 하면, 기판(710)의 법선과 직교하는 방향으로 출력되는 광의 광량이 증가하게 된다.And the thickness of the substrate 710 may be formed in the range of 100 to 200 μm. A conventional sapphire substrate is formed to a thickness of about 80 μm, and if the thickness of the substrate 710 is thicker than this, the amount of light output in a direction orthogonal to the normal of the substrate 710 increases.

도 10은 본 발명에 따른 반도체 칩의 제1형태의 제3실시예에 대한 사시도이 고, 도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선 단면도이다. FIG. 10 is a perspective view of a third embodiment of the first aspect of the semiconductor chip according to the present invention, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line II-XI of FIG.

도 10 및 도 11을 참조하면, 제1형태의 제3실시예의 반도체 칩(1000)은 기판(1010)과 발광소자(1020)를 구비한 발광소자용 반도체 칩이며, 특히, 발광다이오드(LED)용 칩일 수 있다. 이를 위해, 기판(1010)은 사파이어(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 리튬 알루미늄 산화물(LiAlO2), 마그네슘 산화물(MgO) 등으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 사파이어가 이용된다. 발광소자(1020)는 기판(1010) 상에 형성되며, LED 구조가 포함된 단결정 박막층으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 GaN계 질화물 박막으로 이루어질 수 있다.10 and 11, the semiconductor chip 1000 of the third embodiment of the first aspect is a semiconductor chip for a light emitting device having a substrate 1010 and a light emitting device 1020, in particular, a light emitting diode (LED). May be a chip. To this end, the substrate 1010 may be made of sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), lithium aluminum oxide (LiAlO 2 ), magnesium oxide (MgO) and the like, preferably sapphire is used. The light emitting device 1020 is formed on the substrate 1010, and may be formed of a single crystal thin film layer including an LED structure, and preferably, may be formed of a GaN-based nitride thin film.

기판(1010)의 상면의 형상은 정사각형, 직사각형, 평행사변형 등의 형상을 가질 수 있으며, 바람직하게는 직사각형의 형상을 갖는다. 그리고 기판(1010)의 4개의 옆면 중 상대적으로 큰 옆면(1012)(이하 '제1면'이라 함)과 이 옆면(1012)과 대향하는 옆면(1013)(이하 '제2면'이라 함)이 모두 기판(1010)의 바닥면(1014)과 둔각을 이루도록 기울어지게 형성된다. 이때, 도 11에 나타낸 θ1과 θ2를 동일하게 형성하여, 상면이 넓고, 바닥면이 좁은 단면의 형상이 등각사다리꼴이 되도록 기판(1010)이 형성될 수 있다.The shape of the upper surface of the substrate 1010 may have a shape of square, rectangle, parallelogram, and the like, and preferably has a rectangular shape. The relatively larger side surface 1012 (hereinafter referred to as 'first surface') and the side surface 1013 facing the side surface 1012 (hereinafter referred to as 'second surface') among the four side surfaces of the substrate 1010. Both are inclined to form an obtuse angle with the bottom surface 1014 of the substrate 1010. In this case, by forming θ 1 and θ 2 shown in FIG. 11 in the same manner, the substrate 1010 may be formed such that the shape of the cross section having a wide top surface and a narrow bottom surface becomes a trapezoid.

도 10에 도시된 반도체 칩(1000)의 방사각 패턴을 도 12에 나타내었다. 도 12에서 기판(1010)의 상면과 수직한 법선 방향을 0°로 나타내었다.A radiation angle pattern of the semiconductor chip 1000 illustrated in FIG. 10 is illustrated in FIG. 12. In FIG. 12, the normal direction perpendicular to the top surface of the substrate 1010 is represented by 0 °.

도 12에 도시된 바와 같이 제1형태의 제3실시예에 따른 반도체 칩(1000)의 경우도 도 3에 도시된 종래의 경우에 비해 전체적으로 방사각 패턴이 넓게 분포된 다. 특히, 법선과 60°이내에 대부분의 방사각 패턴이 분포한 종래의 경우(도 3)에 비해, 법선과 이루는 각도가 60°이상인 부분에서 상당한 방사각 패턴이 분포하게 된다. 그리고 출력되는 광의 광량이 가장 큰 방향 역시 법선과 이루는 각도가 60°이상(65°부근과 325°부근)임을 알 수 있다. 또한, 법선과 직교하는 방향으로 출력되는 광의 광량이 종래의 경우(도 3)에 비해 상당히 증가하게 된다. 가장 큰 광량을 갖는 출력광과 비교할 때, 30% 이상이 된다. 그리고 법선과 60°이상 90°이하의 각도를 갖고 출력되는 광의 총 광량이 법선과 60°이하의 각도를 갖고 출력되는 광의 총 광량의 30% 이상이 된다. 즉 수평 방향으로 출력되는 광량의 양이 종래의 경우(도 3)에 비해 상당히 증가된다.As shown in FIG. 12, the semiconductor chip 1000 according to the third exemplary embodiment of the first embodiment also has a wider radial angle pattern than the conventional case illustrated in FIG. 3. In particular, a significant radial angle pattern is distributed in a portion where the angle formed with the normal is 60 degrees or more, as compared with the conventional case in which most radial angle patterns are distributed within a normal and 60 degrees. In addition, it can be seen that the direction of the largest amount of light output is also 60 degrees or more (near 65 ° and 325 °) with the normal line. In addition, the amount of light output in the direction orthogonal to the normal line is considerably increased as compared with the conventional case (Fig. 3). When compared with the output light having the largest amount of light, it becomes 30% or more. And the total amount of light outputted with an angle of 60 ° or more and 90 ° or less with the normal line becomes 30% or more of the total light amount of light output with an angle of 60 ° or less with the normal line. That is, the amount of light output in the horizontal direction is considerably increased as compared with the conventional case (Fig. 3).

그리고 기판(1010)의 두께는 100 내지 200 μm 범위로 형성될 수 있다. 종래의 사파이어 기판은 80 μm 정도의 두께로 형성되는데, 기판(1010)의 두께를 이보다 두껍게 하면, 기판(1010)의 법선과 직교하는 방향으로 출력되는 광의 광량이 증가하게 된다.And the thickness of the substrate 1010 may be formed in the range of 100 to 200 μm. The conventional sapphire substrate is formed to a thickness of about 80 μm, and if the thickness of the substrate 1010 is thicker than this, the amount of light output in the direction orthogonal to the normal of the substrate 1010 is increased.

이상에서 살펴본 바와 같이, 기판의 옆면을 기판의 상면과 기울어지도록 형성하여 방사각 패턴을 제어할 수 있다. 특히, 제1형태의 반도체 칩은 기판의 법선 방향 이외에 측방향으로도 많은 양의 광량이 출력되도록 할 수 있다. 기판의 옆면의 기울어진 정도, 기울어지는 방향 등을 조절함으로써, 손쉽게 기판의 법선 방향으로 출력되는 광의 광량이 가장 큰 광량을 갖고 출력되는 광의 광량의 80% 이하가 되도록 제어할 수 있다. 같은 방법으로, 손쉽게 법선 방향과 직교하는 방향으로 출력되는 광의 광량이 가장 큰 광량을 갖고 출력되는 광의 광량의 30% 이상이 되도록 제어할 수 있다. 또한, 가장 큰 광량을 갖고 출력되는 광의 방향이 기판의 법선과 이루는 각도가 60°이상이 되도록 제어하는 것도 가능하며, 기판의 법선과 60°이상 90°이하의 각도로 출력되는 광의 총 광량이 기판의 법선과 60°이하의 각도로 출력되는 광의 총 광량의 30% 이상이 되도록 제어하는 것도 가능하다.As described above, the side surface of the substrate may be formed to be inclined with the upper surface of the substrate to control the radiation angle pattern. In particular, the semiconductor chip of the first aspect can output a large amount of light in the lateral direction in addition to the normal direction of the substrate. By adjusting the degree of inclination, the inclination direction and the like of the side surface of the substrate, it is possible to easily control the amount of light output in the normal direction of the substrate to be 80% or less of the amount of light output with the largest amount of light. In the same way, it is possible to easily control the light quantity of the light output in the direction orthogonal to the normal direction to have 30% or more of the light quantity of the light output having the largest light quantity. In addition, it is also possible to control the direction of light output with the largest amount of light to be at an angle of 60 ° or more to the normal of the substrate, and the total amount of light output at an angle of 60 ° to 90 ° or less with the normal of the substrate. It is also possible to control so as to be 30% or more of the total amount of light output at an angle of 60 ° or less with the normal.

필요에 따라서는 기판의 옆면의 기울어진 정도, 기울어지는 방향 등을 조절하여 특정 방향으로 많은 양의 광량이 출력되도록 할 수 있어, 각 제품에 특화된 반도체 칩을 제조한다면 다양한 제품에 응용하는 것이 가능하게 된다.If necessary, the amount of light can be output in a specific direction by adjusting the degree of inclination, inclination, etc. of the substrate, so that a semiconductor chip specialized for each product can be applied to various products. do.

제1형태의 제1실시예 내지 제3실시예에서는 기판의 옆면 중 상대적으로 큰 면인 제1면과 제2면만이 바닥면에 대해 기울어져 있는 경우에 대해 나타내었으나, 기판의 옆면 중 상대적으로 작은 면 또한 바닥면에 대해 기울어져 있을 수 있다. 그리고 기판의 상면과 바닥면의 형상이 직사각형인 경우에 대해 나타내었으나, 기판의 상면과 바닥면은 정사각형, 평행사변형 등의 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우에도 방사각 패턴은 종래의 경우에 비해 넓게 분포되며, 기울어져 있는 각도 등을 조절하여 방사각 패턴을 제어하는 것이 가능하다.In the first to third embodiments of the first aspect, only the first and second surfaces, which are relatively large surfaces of the side surfaces of the substrate, are inclined with respect to the bottom surface, but are relatively small among the side surfaces of the substrate. The face may also be tilted with respect to the bottom face. Although the shape of the top and bottom surfaces of the substrate is rectangular, the top and bottom surfaces of the substrate may be formed in a square, parallelogram, or the like shape. Even in this case, the radiation angle pattern is widely distributed as compared with the conventional case, and it is possible to control the radiation angle pattern by adjusting the inclined angle.

반도체 칩의 제2형태 : 기판의 상면에 요철이 형성된 반도체 칩Second type of semiconductor chip: a semiconductor chip having irregularities formed on the upper surface of the substrate

본 발명에 따른 반도체 칩의 제2형태는 기판의 상면에 요철을 형성함으로써, 방사각 패턴을 제어하는 것으로, 이를 도 13 내지 도 15에 나타내었다.A second aspect of the semiconductor chip according to the present invention controls the radiation angle pattern by forming irregularities on the upper surface of the substrate, which is shown in FIGS. 13 to 15.

도 13 내지 도 15는 본 발명에 따른 반도체 칩의 제2형태의 요철의 형상과 그에 따른 방사각 패턴을 나타낸 도면들이다. 도 13 내지 도 15에서 기판의 상면과 수직한 법선 방향을 0°로 나타내었다.13 to 15 are views showing the shape of the unevenness of the second form of the semiconductor chip according to the present invention and the resulting radial angle pattern. 13 to 15, the normal direction perpendicular to the upper surface of the substrate is represented by 0 °.

도 13 내지 도 15에 나타낸 반도체 칩(1300, 1400, 1500)은 기판과 발광소자를 구비한 발광소자용 반도체 칩이며, 특히, 발광다이오드(LED)용 칩일 수 있다. 이를 위해, 기판은 사파이어(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 리튬 알루미늄 산화물(LiAlO2), 마그네슘 산화물(MgO) 등으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 사파이어가 이용된다. 그리고 기판의 두께는 두께는 100 내지 200 μm 범위로 형성될 수 있다. 발광소자는 기판 상에 형성되며, LED 구조가 포함된 단결정 박막층으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 GaN계 질화물 박막으로 이루어질 수 있다.The semiconductor chips 1300, 1400, and 1500 illustrated in FIGS. 13 to 15 are light emitting device semiconductor chips including a substrate and a light emitting device, and in particular, may be a light emitting diode (LED) chip. To this end, the substrate may be made of sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), lithium aluminum oxide (LiAlO 2 ), magnesium oxide (MgO) and the like, preferably sapphire is used. The thickness of the substrate may be formed in a range of 100 to 200 μm. The light emitting device is formed on a substrate, and may be formed of a single crystal thin film layer including an LED structure, and preferably, a GaN-based nitride thin film.

도 13 내지 도 15에 나타낸 반도체 칩(1300, 1400, 1500)의 제2형태에 구비된 기판의 상면의 형상은 정사각형, 직사각형, 평행사변형 등의 형상을 가질 수 있으며, 바람직하게는 직사각형의 형상을 갖고 기판의 단면의 형상은 직사각형의 형상을 갖는다. 그리고 각 기판의 상면에는 각 도면의 상부에 주사전자현미경(scanning electron scopy) 사진에 나타낸 바와 같이 요철이 형성되어 있다. 도 13은 상부는 뾰족하고 하부가 넓은 볼(bawl) 형태의 요철이 형성된 경우이고, 도 14는 삼각뿔 형상의 요철이 형성된 경우이며, 도 15는 상부가 편평한 형태의 요철이 형성된 경우이다.The shape of the upper surface of the substrate provided in the second form of the semiconductor chips 1300, 1400, and 1500 shown in FIGS. 13 to 15 may have a shape such as square, rectangle, parallelogram, and the like. The shape of the cross section of the substrate has a rectangular shape. In the upper surface of each substrate, irregularities are formed on the upper part of each drawing as shown in the scanning electron scopy photograph. FIG. 13 illustrates a case in which the top has a sharp point and a wide bottom has the irregularities of a ball shape, FIG. 14 illustrates a case where a triangular pyramid shape has been formed, and FIG. 15 illustrates a case where the top has a flat shape.

도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 요철의 형상이 변하게 되면, 방사각의 패턴이 변하게 된다. 특히 기판의 법선 방향의 광량의 비중이 종래에 비해 현저히 감소하게 된다. 즉, 기판의 상면에 요철을 형성함으로써 기판의 법선 방향의 광량을 조절할 수 있게 된다. 특히, 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이 요철의 형 상을 조절함으로써 방사각 패턴을 제어할 수 있다. 도면에 나타내지는 않았으나, 요철의 크기, 밀도, 분포 등을 조절하면 방사각 패턴을 용이하게 제어하는 것이 가능하게 된다. 밀도의 경우 요철이 기판에 밀하게 형성되면 기판의 법선 방향의 광량이 증가하게 되고, 요철이 기판에 소하게 형성되면 기판의 법선 방향의 광량이 감소하게 된다.As shown in FIGS. 13 to 15, when the shape of the unevenness changes, the pattern of the radial angle changes. In particular, the specific gravity of the amount of light in the normal direction of the substrate is significantly reduced compared with the conventional. That is, by forming the irregularities on the upper surface of the substrate it is possible to adjust the amount of light in the normal direction of the substrate. In particular, the radiation angle pattern can be controlled by adjusting the shape of the unevenness as shown in FIGS. 13 to 15. Although not shown in the drawings, it is possible to easily control the radial angle pattern by adjusting the size, density, distribution, etc. of the unevenness. In the case of density, when the irregularities are densely formed on the substrate, the amount of light in the normal direction of the substrate increases, and when the irregularities are formed on the substrate, the amount of light in the normal direction of the substrate decreases.

즉, 요철의 형상, 크기, 밀도 및 분포를 조절하면 손쉽게 기판의 법선 방향으로 출력되는 광의 광량이 가장 큰 광량을 갖고 출력되는 광의 광량의 80% 이하가 되도록 제어할 수 있다. 같은 방법으로, 손쉽게 법선 방향과 직교하는 방향으로 출력되는 광의 광량이 가장 큰 광량을 갖고 출력되는 광의 광량의 30% 이상이 되도록 제어할 수 있다. 또한, 가장 큰 광량을 갖고 출력되는 광의 방향이 기판의 법선과 이루는 각도가 60°이상이 되도록 제어하는 것도 가능하며, 기판의 법선과 60°이상 90°이하의 각도로 출력되는 광의 총 광량이 기판의 법선과 60°이하의 각도로 출력되는 광의 총 광량의 30% 이상이 되도록 제어하는 것도 가능하다.That is, by adjusting the shape, size, density and distribution of the unevenness, the light quantity of the light output in the normal direction of the substrate can be easily controlled to have 80% or less of the light quantity of the light output with the largest light quantity. In the same way, it is possible to easily control the light quantity of the light output in the direction orthogonal to the normal direction to have 30% or more of the light quantity of the light output having the largest light quantity. In addition, it is also possible to control the direction of light output with the largest amount of light to be at an angle of 60 ° or more to the normal of the substrate, and the total amount of light output at an angle of 60 ° to 90 ° or less with the normal of the substrate. It is also possible to control so as to be 30% or more of the total amount of light output at an angle of 60 ° or less with the normal.

또한, 필요에 따라서는 요철의 형상, 크기, 밀도 및 분포를 조절하여 특정 방향으로 많은 양의 광량이 출력되도록 할 수 있어, 각 제품에 특화된 반도체 칩을 제조한다면 다양한 제품에 응용하는 것이 가능하게 된다.In addition, if necessary, the shape, size, density and distribution of the unevenness can be adjusted so that a large amount of light can be output in a specific direction, so that a semiconductor chip specialized for each product can be applied to various products. .

상술한 본 발명에 따른 제1형태의 반도체 칩과 제2형태의 반도체 칩이 조합된 경우의 방사각 패턴을 도 16에 나타내었다. 즉, 도 16은 제1형태의 반도체 칩과 같이 기판의 옆면이 상면과 기울어지게 형성되고, 제2형태와 같이 기판의 상면에 요철이 형성된 경우, 방사각 패턴을 나타낸 도면이다. 이때, 기판의 옆면과 상면이 기울어진 형태는 제1형태의 제2실시예와 동일하고, 기판의 상면에 형성된 요철의 형상은 도 14에 도시된 것과 동일하다.The radiation angle pattern in the case where the semiconductor chip of the first aspect and the semiconductor chip of the second aspect according to the present invention described above are combined is shown in FIG. That is, FIG. 16 is a view showing a radial angle pattern when the side surface of the substrate is formed to be inclined with the upper surface like the semiconductor chip of the first embodiment, and the unevenness is formed on the upper surface of the substrate as in the second embodiment. At this time, the shape of the inclined side surface and the upper surface of the substrate is the same as the second embodiment of the first embodiment, the shape of the irregularities formed on the upper surface of the substrate is the same as shown in FIG.

이러한 경우의 방사각 패턴은 도 16에 도시된 바와 같이, 종래의 경우(도 3)에 비해 넓게 분포가 된 것은 물론이고, 제1형태의 반도체 칩(400, 700, 1000)과 제2형태의 반도체 칩(1300, 1400, 1500)의 방사각 패턴과 비교하더라도 특정한 각도로 편향되지 않고 고르게 분포되어 있음을 알 수 있다. 즉 기판의 법선 방향(수직 방향)의 광량은 상대적으로 작으며, 법선과 직교하는 방향(수평 방향)의 광량은 상대적으로 크다는 것을 알 수 있다. 따라서 기판의 옆면의 기울어진 정도, 기울어지는 방향, 기판 상면의 요철의 형상, 밀도, 크기, 분포 등을 함께 조절한다면, 더욱 효율적으로 방사각 패턴을 제어할 수 있다.In this case, as shown in FIG. 16, the radiation angle pattern is distributed more widely than in the conventional case (FIG. 3). Even when compared with the radiation angle patterns of the semiconductor chips 1300, 1400 and 1500, it can be seen that the semiconductor chips 1300, 1400, 1500 are evenly distributed without being deflected at a specific angle. That is, it can be seen that the light amount in the normal direction (vertical direction) of the substrate is relatively small, and the light amount in the direction perpendicular to the normal (horizontal direction) is relatively large. Therefore, if the inclination degree, inclination direction of the side surface of the substrate, the shape, density, size, distribution, etc. of the irregularities of the upper surface of the substrate are controlled together, the radiation angle pattern can be controlled more efficiently.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.

도 1은 종래의 사파이어 기판 상에 질화물 박막이 성장되어 있는 LED 칩의 사시도이다.1 is a perspective view of an LED chip in which a nitride thin film is grown on a conventional sapphire substrate.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.

도 3은 도 1에 도시된 LED 칩의 방사각 패턴을 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a radiation angle pattern of the LED chip shown in FIG. 1.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 칩의 제1형태의 제1실시예에 대한 사시도이다.4 is a perspective view of a first embodiment of a first aspect of a semiconductor chip according to the present invention.

도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도이다. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4.

도 6은 도 4에 도시된 반도체 칩의 방사각 패턴을 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a radiation angle pattern of the semiconductor chip illustrated in FIG. 4.

도 7은 본 발명에 따른 반도체 칩의 제1형태의 제2실시예에 대한 사시도이다.7 is a perspective view of a second embodiment of the first aspect of the semiconductor chip according to the present invention.

도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ선 단면도이다. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VII-VII of FIG. 7.

도 9는 도 7에 도시된 반도체 칩의 방사각 패턴을 나타낸 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating a radiation angle pattern of the semiconductor chip illustrated in FIG. 7.

도 10은 본 발명에 따른 반도체 칩의 제1형태의 제1실시예에 대한 사시도이다.Fig. 10 is a perspective view of a first embodiment of a first aspect of a semiconductor chip according to the present invention.

도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선 단면도이다. FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line II-XI of FIG. 10.

도 12는 도 10에 도시된 반도체 칩의 방사각 패턴을 나타낸 도면이다.FIG. 12 is a diagram illustrating a radiation angle pattern of the semiconductor chip illustrated in FIG. 10.

도 13 내지 도 15는 본 발명에 따른 반도체 칩의 제2형태의 요철의 형상과 그에 따른 방사각 패턴을 나타낸 도면들이다.13 to 15 are views showing the shape of the unevenness of the second form of the semiconductor chip according to the present invention and the resulting radial angle pattern.

도 16은 제1형태와 제2형태가 조합된 반도체 칩의 방사각 패턴을 나타낸 도 면이다.FIG. 16 is a diagram illustrating a radiation angle pattern of a semiconductor chip in which a first form and a second form are combined. FIG.

Claims (10)

기판과 상기 기판 상에 형성된 발광소자를 구비한 반도체 칩에 있어서,In a semiconductor chip having a substrate and a light emitting element formed on the substrate, 상기 기판의 상면과 수직한 법선을 기준으로 상기 법선과 이루는 각도에 따라 출력되는 광의 광량이 제어되도록, 상기 기판이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩.And the substrate is formed such that the amount of light to be output is controlled according to an angle formed with the normal with respect to a normal perpendicular to the upper surface of the substrate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판의 상면에 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 칩.Unevenness is formed in the upper surface of the substrate, characterized in that the semiconductor chip. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판의 옆면 중 적어도 하나는 상기 기판의 상면과 기울어지게 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 칩.At least one side surface of the substrate is formed to be inclined with an upper surface of the substrate. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 기판의 상면에 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 칩.Unevenness is formed in the upper surface of the substrate, characterized in that the semiconductor chip. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 법선 방향으로 출력되는 광의 광량은 가장 큰 광량을 갖고 출력되는 광의 광량의 80% 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 칩.And the light quantity of light output in the normal direction is 80% or less of the light quantity having the largest light quantity and output. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 법선 방향과 직교하는 방향으로 출력되는 광의 광량은 가장 큰 광량을 갖고 출력되는 광의 광량의 30% 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 칩.And the light quantity of light output in the direction orthogonal to the normal direction is 30% or more of the light quantity of the light output having the largest light quantity. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 가장 큰 광량을 갖고 출력되는 광의 방향과 상기 법선이 이루는 각도가 60°이상인 것을 특징으로 하는 반도체 칩.A semiconductor chip, characterized in that the angle between the direction of the light output with the largest amount of light and the normal line is 60 ° or more. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 법선과 60°이상 90°이하의 각도로 출력되는 광의 총 광량이 상기 법선과 60°이하의 각도로 출력되는 광의 총 광량의 30% 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 칩.And a total amount of light output at an angle of 60 ° or more and 90 ° or less with the normal line is 30% or more of a total light amount of light output at an angle of 60 ° or less with the normal line. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 기판의 두께는 100 내지 200 μm 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩.The thickness of the substrate is a semiconductor chip, characterized in that formed in the range of 100 to 200 μm. 제2항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 2 or 4, 상기 요철의 형상, 크기 및 밀도 중 적어도 하나를 조절하여, 상기 기판의 법선 방향으로 출력되는 광의 광량이 제어되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩.And adjusting the at least one of the shape, size and density of the unevenness to control the amount of light output in the normal direction of the substrate.
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