KR20110119916A - Led bare chip - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 펠티어 효과를 이용하여 반도체 발광소자에서 발생하는 열을 효율적으로 방출하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly, to a technology for efficiently dissipating heat generated in a semiconductor light emitting device using the Peltier effect.
발광 다이오드(Light Emitting Diode;이하 LED라 함)는 화합물반도체 박막을 기판상에 증착하여 전계 효과로 발광을 실현하는 소자로서, 최근 조명용, 통신용 및 각종 전자기기의 표시부로 활발히 사용되고 있는 소자이다.Light emitting diodes (hereinafter referred to as LEDs) are devices that realize light emission by electric field effect by depositing a compound semiconductor thin film on a substrate, and have recently been actively used as displays for lighting, communication, and various electronic devices.
LED의 다양한 응용분야 중 LCD와 같은 박막형 TV에 사용되는 백라이트 유닛(Back Light Unit;BLU)과 형광등을 대체할 수 있는 조명용 분야에 대한 각 연구자들의 노력이 매우 활발하게 진행되고 있다. 이들의 응용분야에 LED가 적용되기 위하여 LED의 구조, 재료, 패키지(package)에 대한 연구가 매우 활발히 진행중이다. LED의 기능발현은 전자와 정공이 주입되고 이들이 결합, 해리 시 에너지를 빛의 형태로 발산하는 과정이다. 이때 다수의 에너지는 열로서 방출되는데 발생되는 열은 패키지 제조시 적절한 히트 싱크(heat sink)에 의해 완화될 수 있다. 그러나 근본적으로 LED 칩 내부에서의 발열을 억제하는 장치는 현재 없는 실정이고, 다만 이를 위해 배치와 구조 변화를 통하여 이를 해결하면서 고출력을 얻고자 하는 시도가 진행되고 이다. 이와 같은 발열 저감 장치가 완벽하지 못할 경우 LED 출력이 제한되고 패키지 설계의 자유도가 감소하며 각종 구조에 의해 발광 및 추출 효율이 감소되는 악영향을 미치기도 한다.
Among various applications of LED, each researcher's efforts are very active in the field of back light unit (BLU) used in thin-film TV such as LCD and lighting field that can replace fluorescent lamp. In order to apply LEDs to these applications, studies on LED structures, materials, and packages are being actively conducted. The function expression of LED is the process of injecting electrons and holes and dissipating energy in the form of light when they are combined and dissociated. Multiple energy is then released as heat and the heat generated can be alleviated by a suitable heat sink in the manufacture of the package. However, there is currently no device that suppresses heat generation inside the LED chip, but for this purpose, an attempt is made to obtain high power while solving this through a change in arrangement and structure. If the heat reduction device is not perfect, the LED output is limited, the freedom of package design is reduced, and the light emission and extraction efficiency may be reduced by various structures.
발광소자의 제조 공정상에서 열전소자와 발광소자를 접합시켜 일체화하여 발광소자에서 발생하는 열을 발광소자를 통해 방출하는 LED 베어 칩이 제안된다.In the manufacturing process of the light emitting device, an LED bare chip is proposed, in which a thermoelectric device and a light emitting device are joined to each other to integrate and emit heat generated from the light emitting device through the light emitting device.
본 발명의 일 양상에 따른, LED 베어 칩은, 기판; 상기 기판 위에 형성된 열전 소자층; 및 상기 열전 소자층 위에 형성되어 광을 방출하는 발광부를 포함하되; 상기 열전 소자층은 상기 발광부에서 발생하는 열을 흡수하여 방출한다.In accordance with an aspect of the present invention, an LED bare chip includes: a substrate; A thermoelectric element layer formed on the substrate; And a light emitting part formed on the thermoelectric element layer to emit light; The thermoelectric element layer absorbs and emits heat generated from the light emitting part.
상기 열전 소자층은, 상기 기판 위에 접합된 열방출부; 상기 열방출부 위에 상호 이격되어 배치된 복수 개의 P형 반도체 및 N형 반도체; 및 상기 열방출부와 동일한 재질을 가지며 P형 반도체 및 N형 반도체의 상부에 형성되며 상기 발광부의 하면과 접합된 냉각부를 포함하되, 상기 냉각부는 상기 발광부에서 발생된 열을 흡수하여 상기 열방출부로 전달할 수 있다.
The thermoelectric element layer may include a heat dissipation unit bonded to the substrate; A plurality of P-type semiconductors and N-type semiconductors spaced apart from each other on the heat dissipation unit; And a cooling unit having the same material as that of the heat dissipating unit and formed on an upper surface of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor and bonded to the lower surface of the light emitting unit, wherein the cooling unit absorbs heat generated from the light emitting unit to release the heat. Can be passed to wealth.
본 발명의 다른 양상에 따른 LED 베어 칩은, 기판상에 위치하는 열전 소자 층; 상기 열전 소자 층에 위치하며 개구면을 가지는 제1반도체층; 상기 제1반도체층 상에 위치하는 발광층; 상기 발광층 상에 위치하는 제2반도체층; 상기 제1반도체층의 개구면 상에 위치하는 제1전극; 및 상기 제2반도체층 상에 위치하는 제2전극을 포함한다. According to another aspect of the present invention, an LED bare chip includes a thermoelectric element layer disposed on a substrate; A first semiconductor layer positioned on the thermoelectric element layer and having an opening surface; An emission layer on the first semiconductor layer; A second semiconductor layer on the light emitting layer; A first electrode on the opening surface of the first semiconductor layer; And a second electrode on the second semiconductor layer.
상기 열전 소자 층은, 상기 기판 위에 접합된 열방출부; 상기 열방출부 위에 상호 이격되어 배치된 복수 개의 P형 반도체 및 N형 반도체; 및 상기 열방출부와 동일한 재질을 가지며 P형 반도체 및 N형 반도체의 상부에 형성되며 상기 제1반도체층의 하면과 접합된 냉각부를 포함하되, 상기 냉각부는 상기 발광부에서 발생된 열을 흡수하여 상기 열방출부로 전달할 수 있다. The thermoelectric element layer may include a heat dissipation unit bonded on the substrate; A plurality of P-type semiconductors and N-type semiconductors spaced apart from each other on the heat dissipation unit; And a cooling unit having the same material as that of the heat dissipating unit and formed on top of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor and bonded to the lower surface of the first semiconductor layer, wherein the cooling unit absorbs heat generated from the light emitting unit. It can be delivered to the heat dissipation unit.
상기 제1반도체층은, n-형 질화물 반도체층일 수 있다. The first semiconductor layer may be an n-type nitride semiconductor layer.
상기 발광층은, 양자우물구조 또는 다중 양자우물구조일 수 있다.The light emitting layer may have a quantum well structure or a multi quantum well structure.
상기 발광층은, InGaN/GaN, AlGaN, AlInGaN 중 어느 하나의 물질로 구성일 수 있다.The light emitting layer may be made of one of InGaN / GaN, AlGaN, and AlInGaN.
상기 제2반도체층은 p-형 질화물 반도체층일 수 있다.The second semiconductor layer may be a p-type nitride semiconductor layer.
상기 제1전극은 n-형 전극이며, 제2전극은 p-형 전극일 수 있다.
The first electrode may be an n-type electrode, and the second electrode may be a p-type electrode.
본 발명의 다른 양상에 따른 LED 베어 칩은, 기판 위에 위치하는 열전 소자 층; 상기 열전 소자층 위에 위치하는 접착층; 상기 접착층 위에 위치하는 금속 반사층; 상기 금속 반사층 위에 위치하는 제1반도체층; 상기 제1반도체층 위에 위치하는 활성층; 상기 활성층 위에 위치하는 제2반도체층; 및 상기 제2반도체층 위에 형성되는 전극 패드를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, an LED bare chip includes a thermoelectric element layer disposed on a substrate; An adhesive layer on the thermoelectric element layer; A metal reflective layer on the adhesive layer; A first semiconductor layer on the metal reflective layer; An active layer positioned on the first semiconductor layer; A second semiconductor layer on the active layer; And an electrode pad formed on the second semiconductor layer.
상기 제1반도체층은 P형 반도체층이고, 제2반도체층은 N형 반도체층일 수 있다.
The first semiconductor layer may be a P-type semiconductor layer, and the second semiconductor layer may be an N-type semiconductor layer.
본 발명의 실시예에 따른 LED 베어 칩에 따르면, LED 베어 칩의 제조 공정상에서 발광소자와 열전소자를 접합시켜 일체화함으로써 발광소자에서 발생하는 열을 방출할 수 있다.According to the LED bare chip according to the embodiment of the present invention, the heat generated from the light emitting device can be released by bonding and integrating the light emitting device and the thermoelectric device in the manufacturing process of the LED bare chip.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 베어 칩의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자층의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an LED bare chip according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a thermoelectric element layer according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 베어 칩의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an LED bare chip according to an embodiment of the present invention.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 LED 베어 칩에 대한 단면도가 도시되어 있다. 1 is a cross-sectional view of a horizontal LED bare chip according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 LED 베어 칩은, 기판(11), 기판(11) 상에 위치한 열전 소자층(12), 열전 소자층(12) 위에 형성된 발광부로 구성된다. 이때, 열전 소자층(12)은 도 2에 도시된 바와 같이 기판(11) 위에 형성되는 열방출부(110), 열방출부(110)의 상부에 상호 이격되어 π형으로 결합 되는 복수 개의 P형 반도체 및 N형 반도체(111, 112), 열방출부(110)와 동일한 재질을 가지며 P형 반도체 및 N형 반도체(111, 1120의 상부에 형성된 냉각부(120)로 구성된다. The horizontal LED bare chip according to the exemplary embodiment of the present invention includes a
이때, 기판(11)위에 열전 소자층(12)을 형성함으로써 마스크 수를 줄일 수 있고 LED 베어칩의 제조공정을 줄일 수 있게 된다. 즉, LED 베어 칩과 열전 소자를 각각 구성하는 경우는 LED 웨이퍼와 열전소자 웨이퍼에 대해서 SOI(Silicon On Insulator)을 수행해야 하는데, LED 베어칩의 제조공정에서 기판(11) 위에 열전 소자층(12)를 형성함으로써 SOI 수행공정을 생략할 수 있게 된다.At this time, by forming the
이러한 열전 소자층(12)의 열방출부(110)에 외부로부터 공급된 전류가 흐르면 그 접합된 영역에서 열의 방사 및 흡수가 발생한다. 즉, 접합 영역에서 이종의 반도체 내에 있는 전자가 포텐셜 에너지의 차이를 가지게 되고 전자가 에너지 준위를 바꾸기 위해 운동에너지를 증가시키며, 주변 열을 흡수하게 되어 냉각효과를 가져온다. When a current supplied from the outside flows in the
이러한 열전 소자층(12)의 상부에는 발광부가 형성되는데, 이 발광부의 구조는 다음과 같다. 즉, 개구면을 가지는 제1반도체층(13)이 위치한다. 여기서, 제1반도체층(13)은 n-형 질화물 반도체층일 수 있다. 제1반도체층(13)은 GaN과 같은 동종 기판상에 위치할 수 있고, 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC) 등의 이종기판(10) 상에 위치할 수도 있다. A light emitting part is formed on the
다음으로, 제1반도체층(13)상에는 발광층(15)이 위치한다. 이때, 발광층(15)은 InGaN/GaN 양자우물(quantum well: QW) 구조를 이룰 수 있다. 그 외에 AlGaN, AlInGaN 등의 물질도 발광층(15)으로 이용될 수 있다.Next, the light emitting layer 15 is positioned on the
이러한 발광층(15)에서는 전극을 통하여 전계를 인가하였을 때, 전자-정공 쌍의 결합에 의하여 빛이 발생하게 된다. 또한, 이러한 발광층(15)은 휘도 향상을 위하여 상술한 양자우물 구조(QW)가 복수로 형성되어 다중 양자우물(multi quantum well: MQW) 구조를 이룰 수 있다.In the light emitting layer 15, when an electric field is applied through an electrode, light is generated by the combination of an electron-hole pair. In addition, the light emitting layer 15 may have a plurality of quantum well structures (QW) as described above in order to improve luminance, thereby forming a multi quantum well (MQW) structure.
발광층(15) 상에는 제2반도체층(17)이 위치한다. 이러한 제2반도체층(17)은 p-형 질화물 반도체층일 수 있다.The
또한, 제1반도체층(13)의 개구면 상에는 제1전극(21)이 위치하며, 제2반도체층(17) 상에는 제2전극(23)이 위치한다. 이때, 제1전극(21)은 n-형 전극이며, 제2전극(23)은 p-형 전극(62)이 되어 수평형 LED 베어 칩의 구조를 가질 수 있다. .In addition, the
도 1에 도시된 바와 같이, 수평형 LED 베어 칩에서는 전류가 LED 베어 칩 전체로 분산되지 않고 국부적으로 집중되는 부위(41)에서 다른 부분보다 열이 강하게 발생하게 된다. 이와 같이, 발생하는 열은 열전 소자층(12)에 의해서 방출된다. 즉, 제1반도체층(13)에서 발생하는 열은 열전 소자층(12)의 냉각부(120)에서 흡수되어 열방출부(110)를 통하여 방출된다.
As shown in FIG. 1, in a horizontal type LED bare chip, heat is generated more strongly than other parts in a
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 베어 칩의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the LED bare chip according to another embodiment of the present invention.
도 3에는 본 발명의 실시예에 따른 수평형 LED 베어 칩에 대한 단면도가 도시되어 있다.3 is a cross-sectional view of a horizontal LED bare chip according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 LED 베어 칩은, 기판(31), 기판(31) 상에 위치한 열전 소자층(25), 열전 소자층(25) 위에 형성된 발광부로 구성된다. 이때, 열전 소자층(25)은 도 2에 도시된 바와 같이 기판(31) 위에 형성되는 열방출부(110), 열방출부(110)의 상부에 상호 이격되어 π형으로 결합 되는 복수 개의 P형 반도체 및 N형 반도체(111, 112), 열방출부(110)와 동일한 재질을 가지며 P형 반도체 및 N형 반도체(111, 1120의 상부에 형성된 냉각부(120)로 구성된다. The horizontal LED bare chip according to the exemplary embodiment of the present invention includes a
이때, 기판(31)위에 열전 소자층(25)을 형성함으로써 마스크 수를 줄일 수 있고 LED 베어칩의 제조공정을 줄일 수 있게 된다. 즉, LED 베어 칩과 열전 소자를 각각 구성하는 경우는 LED 웨이퍼와 열전소자 웨이퍼에 대해서 SOI(Silicon On Insulator)을 수행해야 하는데, LED 베어칩의 제조공정에서 기판(31) 위에 열전 소자층(25)를 형성함으로써 SOI 수행공정을 생략할 수 있게 된다.At this time, by forming the
이러한 열전 소자층(25)의 열방출부(110)에 외부로부터 공급된 전류가 흐르면 그 접합된 영역에서 열의 방사 및 흡수가 발생한다. 즉, 접합 영역에서 이종의 반도체 내에 있는 전자가 포텐셜 에너지의 차이를 가지게 되고 전자가 에너지 준위를 바꾸기 위해 운동에너지를 증가시키며, 주변 열을 흡수하게 되어 냉각효과를 가져온다. When a current supplied from the outside flows to the
이러한 열전 소자층(25)의 상부에는 발광부가 형성되는데, 이 발광부의 구조는 다음과 같다. 즉, 열전 소자층(25) 위에 접착층(27)이 위치하고, 접착층(27) 위에 금속 반사층(24)이 위치하고, 금속 반사층(24) 위에 제1반도체 층(19)이 위치하고, 제1반도체층(19) 위에 활성층(18)이 위치하고, 활성층(18) 위에 제2반도체층(16)이 위치하고, 제2반도체층(16) 위에 전극 패드(33)가 형성되는 구조를 갖는다. 이때, 제1반도체층(19)은 P형 반도체층일 수 있고, 제2반도체층(16)은 N형 반도체층일 수 있다. A light emitting part is formed on the
따라서, 수직형 LED 베어 칩의 활성층에서 전자 및 정공이 재결합되어 발광함으로써 열이 발생하게 된다. 이와 같이, 발생하는 열은 열전 소자층(25)에 의해서 방출된다. Therefore, heat is generated by electrons and holes recombined and emit light in the active layer of the vertical LED bare chip. As such, the generated heat is released by the
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
So far, the present invention has been described with reference to the embodiments. Those skilled in the art will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described examples, but should be construed to include various embodiments within the scope and equivalents of the claims.
Claims (11)
상기 기판 위에 형성된 열전 소자층; 및
상기 열전 소자층 위에 형성되어 광을 방출하는 발광부를 포함하되; 상기 열전 소자층은 상기 발광부에서 발생하는 열을 흡수하여 방출하는, LED 베어 칩.Board;
A thermoelectric element layer formed on the substrate; And
A light emitting part formed on the thermoelectric element layer and emitting light; The thermoelectric element layer absorbs and emits heat generated from the light emitting portion, the LED bare chip.
상기 열전 소자층은,
상기 기판 위에 접합된 열방출부;
상기 열방출부 위에 상호 이격되어 배치된 복수 개의 P형 반도체 및 N형 반도체; 및
상기 열방출부와 동일한 재질을 가지며 P형 반도체 및 N형 반도체의 상부에 형성되며 상기 발광부의 하면과 접합된 냉각부를 포함하되,
상기 냉각부는 상기 발광부에서 발생된 열을 흡수하여 상기 열방출부로 전달하는, LED 베어 칩.The method of claim 1,
The thermoelectric element layer,
A heat dissipation unit bonded on the substrate;
A plurality of P-type semiconductors and N-type semiconductors spaced apart from each other on the heat dissipation unit; And
It has the same material as the heat dissipation unit and includes a cooling unit formed on the upper portion of the P-type semiconductor and N-type semiconductor and bonded to the lower surface of the light emitting portion,
The cooling unit absorbs heat generated from the light emitting unit and transfers the heat to the heat emitting unit.
상기 열전 소자 층에 위치하며 개구면을 가지는 제1반도체층;
상기 제1반도체층 상에 위치하는 발광층;
상기 발광층 상에 위치하는 제2반도체층;
상기 제1반도체층의 개구면 상에 위치하는 제1전극; 및
상기 제2반도체층 상에 위치하는 제2전극을 포함하는, LED 베어 칩.A thermoelectric element layer located on the substrate;
A first semiconductor layer positioned on the thermoelectric element layer and having an opening surface;
An emission layer on the first semiconductor layer;
A second semiconductor layer on the light emitting layer;
A first electrode on the opening surface of the first semiconductor layer; And
And a second electrode disposed on the second semiconductor layer.
상기 열전 소자 층은,
상기 기판 위에 접합된 열방출부;
상기 열방출부 위에 상호 이격되어 배치된 복수 개의 P형 반도체 및 N형 반도체; 및
상기 열방출부와 동일한 재질을 가지며 P형 반도체 및 N형 반도체의 상부에 형성되며 상기 제1반도체층의 하면과 접합된 냉각부를 포함하되,
상기 냉각부는 상기 발광부에서 발생된 열을 흡수하여 상기 열방출부로 전달하는, LED 베어 칩.The method of claim 3, wherein
The thermoelectric element layer is,
A heat dissipation unit bonded on the substrate;
A plurality of P-type semiconductors and N-type semiconductors spaced apart from each other on the heat dissipation unit; And
It has the same material as the heat dissipation portion and includes a cooling unit formed on the P-type semiconductor and the N-type semiconductor and bonded to the lower surface of the first semiconductor layer,
The cooling unit absorbs heat generated from the light emitting unit and transfers the heat to the heat emitting unit.
상기 제1반도체층은, n-형 질화물 반도체층인, LED 베어 칩.The method of claim 3, wherein
And the first semiconductor layer is an n-type nitride semiconductor layer.
상기 발광층은, 양자우물구조 또는 다중 양자우물구조인, LED 베어칩.The method of claim 3, wherein
The light emitting layer is a quantum well structure or multiple quantum well structure, LED bare chip.
상기 발광층은, InGaN/GaN, AlGaN, AlInGaN 중 어느 하나의 물질로 구성되는, LED 베어칩.The method according to claim 6,
The light emitting layer is made of any one of InGaN / GaN, AlGaN, AlInGaN, LED bare chip.
상기 제2반도체층은 p-형 질화물 반도체층인, LED 베어칩. The method of claim 3, wherein
And the second semiconductor layer is a p-type nitride semiconductor layer.
상기 제1전극은 n-형 전극이며, 제2전극은 p-형 전극인, LED 베어칩.The method of claim 3, wherein
Wherein the first electrode is an n-type electrode and the second electrode is a p-type electrode.
상기 열전 소자층 위에 위치하는 접착층;
상기 접착층 위에 위치하는 금속 반사층;
상기 금속 반사층 위에 위치하는 제1반도체층;
상기 제1반도체층 위에 위치하는 활성층;
상기 활성층 위에 위치하는 제2반도체층; 및
상기 제2반도체층 위에 형성되는 전극 패드를 포함하는, LED 베어 칩.A thermoelectric element layer overlying the substrate;
An adhesive layer on the thermoelectric element layer;
A metal reflective layer on the adhesive layer;
A first semiconductor layer on the metal reflective layer;
An active layer positioned on the first semiconductor layer;
A second semiconductor layer on the active layer; And
And an electrode pad formed over said second semiconductor layer.
상기 제1반도체층은 P형 반도체층이고, 제2반도체층은 N형 반도체층인, LED 베어 칩. The method of claim 10,
Wherein the first semiconductor layer is a P-type semiconductor layer, and the second semiconductor layer is an N-type semiconductor layer.
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