KR20150136264A - 발광 소자 - Google Patents

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KR20150136264A
KR20150136264A KR1020140063487A KR20140063487A KR20150136264A KR 20150136264 A KR20150136264 A KR 20150136264A KR 1020140063487 A KR1020140063487 A KR 1020140063487A KR 20140063487 A KR20140063487 A KR 20140063487A KR 20150136264 A KR20150136264 A KR 20150136264A
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김상민
조홍석
인치현
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서울바이오시스 주식회사
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Abstract

본 발명은 반사 패턴을 포함하는 발광 소자에 대한 것이다. 본 발명에 따른 발광 소자는 적어도 하나의 발광셀; 상기 발광셀이 플립칩 본딩된 서브 마운트 기판; 및 상기 발광셀을 상기 서브 마운트 기판에 플립칩 본딩하기 위한 제1 범프 및 제2 범프를 포함하고, 상기 서브 마운트 기판은, 기판; 상기 발광셀에서 방출된 광이 투과되는 유전체층; 및 상기 기판과 상기 유전체층 사이에 배치되고, 투과된 광이 반사되는 반사 패턴; 및 상기 제1 범프 및 제2 범프와 본딩되는 패드들을 포함한다.

Description

발광 소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광 소자에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 반사 패턴을 포함하는 발광 소자에 대한 것이다.
발광 소자는 전자와 정공의 재결합으로 발생되는 광을 발하는 무기 반도체 소자로서, 최근, 디스플레이, 자동차 램프, 일반 조명 등의 여러 분야에서 사용되고 있다.
일반적으로 폭넓게 사용되는 수평형 발광 소자는 그 제조 방법이 비교적 간단하나, 하부 반도체층의 전극을 형성하기 위하여 활성층의 일부를 제거하므로 발광 면적이 감소한다. 또한, 전극들의 수평 배치로 인한 전류쏠림현상이 발생하여 발광 소자의 발광 효율이 감소된다. 뿐만 아니라, 수평형 발광 소자의 성장기판으로 사파이어 기판이 가장 폭 넓게 사용되는데, 사파이어 기판은 열전도성이 낮아 발광 소자의 열방출이 어렵다. 이에 따라, 발광 소자의 접합 온도가 높아지며, 상기 발광 소자의 내부 양자 효율이 저하된다.
상기와 같은 수평형 발광 소자가 갖는 문제점을 해결하기 위하여, 수직형 발광 소자 또는 플립칩형 발광 소자가 개발되고 있다. 특히, 플립칩형 발광 소자는 금속 범프 등에 의해 전극이 서브 마운트에 직접적으로 접촉되므로, 수평형 발광 소자에서의 낮은 열방출 효율로 인하여 발생되는 문제점들이 개선될 수 있다. 또한, 플립칩형 발광 소자는 수직형 발광 다이오드와 같이 성장 기판 분리 공정이 없이도 제조될 수 있으므로, 그것을 제조하는 공정 수율이 수직형 발광 소자에 비해 매우 높다.
도 1은 종래 기술에 따른 플립칩형 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 소정의 기판(1) 상에 n형 반도체층(5), 활성층(6), p형 반도체층(7)을 순차적으로 형성한다. p형 반도체층(7)과 활성층(6)의 일부를 식각하여 n형 반도체층(5)을 노출시킨 후, p형 반도체층(7) 상에 오믹성 반사층(8)을 형성하고, n형 반도체층(5) 상에 n 전극(도시하지 않음)을 형성한다.
이어서, 일반적으로, 제1 전극(3) 및 제2 전극(4)을 갖는 서브 마운트 기판(2)에 n형 범프(10)와 p형 범프(9)를 통해 상기 플립칩 구조의 반도체 소자를 본딩한다. 이때, p형 범프(9) 및 n형 범프(10)는 각각 제1 전극과 제2 전극(4)와 본딩된다. 그 후, 발광셀이 본딩된 기판을 봉지하는 몰딩부(미도시)를 형성하여 발광 소자를 제작한다.
그러나, 이와 같은 구조의 발광 소자는 서브 마운트 기판(2)으로 방출된 광은 흡수 소멸되기 때문에 광 추출 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광 추출 효율이 향상된 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 서브 마운트 기판에서의 광 흡수에 의한 광 손실을 방지할 수 있는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 우수한 방열 효과를 가지고, 반사율이 높은 서브 마운트 기판을 포함하는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 장시간 사용 시에도 서브 마운트 기판이 포함하는 반사 패턴의 고온에서의 변형 및 손상을 방지할 수 있어, 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 적어도 하나의 발광셀; 상기 발광셀이 플립칩 본딩된 서브 마운트 기판; 및 상기 발광셀을 상기 서브 마운트 기판에 플립칩 본딩하기 위한 제1 범프 및 제2 범프를 포함하고, 상기 서브 마운트 기판은, 기판; 상기 발광셀에서 방출된 광이 투과되는 유전체층; 상기 기판과 상기 유전체층 사이에 배치되어, 투과된 광이 반사되는 반사 패턴 및 상기 제1 범프 및 제2 범프와 본딩되는 패드들을 포함할 수 있다.
상기 반사 패턴은 복수개의 반사 요소들을 포함하고, 상기 유전체층은 상기 복수개의 반사 요소들 중 적어도 일부를 덮을 수 있다.
상기 반사 패턴은 라인 형태의 패턴, 격자 형태의 패턴, 원 형태의 패턴 또는 다각 형태의 패턴일 수 있다.
상기 반사 패턴은 알루미늄 또는 은을 포함할 수 있다.
상기 반사 패턴의 전체 면적은 상기 기판 전체 면적의 30 내지 90% 일 수 있다.
상기 서브 마운트 기판이 포함하는 상기 기판은 BeO, SiC, Si, Ge, SiGe, AlN, 세라믹 기판 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 서브 마운트 기판이 포함하는 상기 기판은 절연성을 가질 수 있다.
상기 유전체층은 SiO2, MgO 또는 SiN을 포함할 수 있다.
상기 유전체층은 적어도 일 영역 상에 요철부를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 발광셀은 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함할 수 있다.
상기 발광셀은 자외선 파장 영역의 광을 방출할 수 있다.
상기 반사 패턴은 알루미늄을 포함할 수 있다.
상기 제1 범프 및 상기 제2 범프는 각각 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 발광셀과 접촉되는 기판을 더 포함하고, 상기 기판은 상기 발광셀과 접촉하는 일면과 반대되는 타면을 포함하고, 상기 타면은 요철부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 발광 소자는 높은 반사율을 가지는 서브 마운트 기판을 포함하므로, 광의 흡수를 막아 광 추출 효율이 향상된 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 발광 소자는 우수한 방열 효과를 가지고, 고온에서 반사 패턴의 변형이 방지될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 발광 소자는 반사 패턴의 산화를 방지할 수 있어, 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 플립칩형 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자가 포함하는 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 발광소자에 적합한 다양한 서브 마운트 기판을 도시한 평면도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 설명하기 위한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 전형적인 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자가 포함하는 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 3은 도 2의 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 발광 다이오드(100)는 성장 기판(11), 제1 도전형 반도체층(13), 활성층(15), 제2 도전형 반도체층(17), 제1 전극(19), 제2 전극(20), 제1 범프(30a), 제2 범프(30b) 및 절연층(31)을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(13), 활성층(15) 및 제2 도전형 반도체층(17)을 통해 발광셀이 형성될 수 있다.
성장 기판(11)은 육방정계 결정 구조를 갖는 기판으로서, 질화갈륨계 에피층을 성장시키기 위한 성장기판, 예컨대 사파이어, 탄화 실리콘, 질화갈륨 기판일 수 있다. 특히, 심자외선 발광 다이오드를 제공하기 위해 성장 기판(11)은 사파이어 기판일 수 있다. 성장 기판(11)은 일면, 상기 일면의 반대면인 타면 및 상기 일면과 타면을 연결하는 측면을 포함한다. 상기 일면은 반도체층들이 성장되는 면이며, 상기 타면은 활성층(15)에서 생성된 광이 외부로 방출되는 면이다. 성장 기판(11)의 측면은 상기 일면 및 타면에 수직한 면일 수 있으나, 경사진 면을 포함할 수도 있다. 성장기판(11)의 일면에 제1 도전형 반도체층(13)을 형성하기 전에 사파이어 기판과의 격자 부정합을 줄이기 위하여, AlN 또는 GaN을 포함하는 버퍼층(미도시)을 형성할 수 있다.
또한, 성장 기판(11)은 전체적으로 사각형 형상일 수 있으나, 기판의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 본 실시예에 있어서, 성장 기판(11)의 두께는 성장 기판(11)의 두께는 100㎛를 초과할 수 있으며, 특히 150㎛ 내지 400㎛ 범위 내의 값을 가질 수 있다. 성장 기판(11)이 두꺼울수록 광의 추출 효율이 향상된다. 한편, 성장 기판(11)의 측면은 브레이킹 면을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(13)은 성장 기판(11)의 일면 상에 위치한다. 제1 도전형 반도체층(13)은 성장 기판(11)의 일면의 전면을 덮을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 성장 기판(11)의 가장자리를 따라 일면이 노출되도록 제1 도전형 반도체층(13)이 성장 기판(11)의 상부영역 내에 한정되어 위치할 수도 있다.
제2 도전형 반도체층(17)은 제1 도전형 반도체층(13)의 일 영역 상부에 위치하며, 제1 도전형 반도체층(13)과 제2 도전형 반도체층(17) 사이에 활성층(15)이 위치한다. 제2 도전형 반도체층(17)은 H 형상 또는 좁은 허리를 가지는 아령 형상을 가짐으로써, 높은 전류밀도 조건에서 우수한 광 출력 특성을 나타낼 수 있다.
제1 도전형 반도체층(13)과 제2 도전형 반도체층(17)은 Ⅲ-Ⅴ 계열 화합물 반도체를 포함할 수 있고, 예를 들어, (Al, Ga, In)N과 같은 질화물계 반도체를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(13)은 n형 불순물 (예를 들어, Si)이 도핑된 n형 반도체층을 포함할 수 있고, 제2 도전형 반도체층(17)은 p형 불순물 (예를 들어, Mg)이 도핑된 p형 반도체층을 포함할 수 있다. 또한, 그 반대일 수도 있다. 나아가, 제1 도전형 반도체층(13) 및/또는 제2 도전형 반도체층(17)은 단일층일 수 있고, 또한 다중층을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(13) 및/또는 제2 도전형 반도체층(17)은 클래드층 및 컨택층을 포함할 수 있고, 초격자층을 포함할 수도 있다.
활성층(15)은 다중양자우물 구조(MQW)를 포함할 수 있으며, 상기 다중양자우물구조에서 원하는 피크 파장의 광을 방출하도록, 상기 다중양자우물 구조를 이루는 원소 및 그 조성이 조절될 수 있다. 예를 들어, 활성층(15)의 우물층은 InxGa(1-x)N (0=x=1)과 같은 삼성분계 반도체층일 수 있고, 또는 AlxInyGa(1-x-y)N (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)과 같은 사성분계 반도체층일 수 있으며, 이때, x 또는 y의 값을 조정하여 원하는 피크 파장의 광을 방출하도록 할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 반도체층들(13, 15, 17)은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PCVD; Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등을 포함한 다양한 증착 및 성장 방법을 통해 형성될 수 있다.
이하, Ⅲ-Ⅴ계열 화합물 반도체를 포함하는 반도체층들(13, 15, 17)과 관련된 주지 기술내용의 설명은 생략한다.
한편, 제1 전극(19)은 제2 도전형 반도체층(17) 주위를 둘러쌀 수 있다. 도 2에 있어서, 제1 전극(19)이 제2 도전형 반도체층(17)의 주위 전체를 둘러싸는 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 전극(19)은 제1 범프(30a)가 위치한 곳으로부터 제2 도전형 반도체층(17)의 양측으로 연장하여 제2 도전형 반도체층(17)의 약 50% 이상을 둘러쌀 수 있다.
제1 전극(19)은 또한, 제2 도전형 반도체층(17)으로부터 균일하게 이격되어 위치할 수 있다. 이에 따라, 전류가 집중되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 제1 전극(19)과 제2 도전형 반도체층(17) 사이에 제1 도전형 반도체층(13) 표면에 요철부(도시하지 않음)가 형성될 수 있다. 상기 요철부에 의해 제2 도전형 반도체층(13)의 표면을 따라 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있어 전류를 더욱 분산시킬 수 있다.
한편, 제2 전극(20)은 제2 도전형 반도체층(17) 상에 위치하여 제2 도전형 반도체층(17)에 전기적으로 연결된다, 제2 전극(20)은 반사층(21)과 장벽층(23)을 포함할 수 있다. 반사층(21)은 Al 또는 Al 합금을 포함할 수 있으며, 예컨대 Ni/Au/Al을 포함할 수 있다. 장벽층(23)은 또한 Ni을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 다층 구조의 금속층으로 형성될 수 있다. 제2 전극(20)은 높은 반사도를 가지면서, 제2 도전형 반도체층(17)과 오믹 접촉을 형성한다.
이와 달리, 제2 전극(20)은 반사층을 포함하지 않는 투과층일 수 있다. 이 경우, 제2 전극(20)은 Ni과 Au를 함유하는 재료, 또는 ZnO 및 ITO 와 같은 투광성 금속 산화물을 포함할 수 있다. 또한, 제2 전극(20)은 분포 브래그 반사기(distributed bragg reflector: DBR)를 포함할 수 있다. 분포 브래그 반사기는 서로 다른 굴절률을 가지는 복수개의 산화물층들을 통하여 활성층(15)에서 방출되는 광은 투과시키고, 반사되어 재입사되는 광은 반사시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자는 반사패턴을 포함하는 서브 마운트 기판을 가지므로, 제2 전극(20)이 투과층인 경우에, 활성층(15)에서 방출되는 광을 투과시키고, 상기 반사패턴을 이용하여 반사시킬 수 있다. 이를 통해, 서브 마운트 기판에서의 광 흡수를 막고, 광 반사를 원할히 하여 높은 휘도와 발광 효율을 얻을 수 있다.
제1 범프(30a)는 제1 전극(19) 상에 위치한다. 제1 범프(30a)는 제2 도전형 반도체층(17)으로부터 떨어져서 위치한다. 제2 범프(30b)는 제2 전극(20) 상에 위치한다.
상기 제1 범프(30a) 및 제2 범프(30b)는 동일한 금속 재료로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 범프(30a, 30b)는 다층 구조로 형성될 수 있으며, 예컨대 접착층, 확산방지층 및 본딩층을 포함할 수 있다. 상기 접착층은 예를 들어, Ti, Cr 또는 Ni을 포함할 수 있으며, 확산방지층은 Cr, Ni, Ti, W, TiW, Mo, Pt 또는 이들의 복합층으로 형성될 수 있고, 본딩층은 Au 또는 AuSn을 포함할 수 있다.
한편, 절연층(31)이 제1 범프(30a) 및 제2 범프(30b)를 제외하고, 상기 제1 도전형 반도체층(13), 활성층(15), 제2 도전형 반도체층(17), 제1 전극(19) 및 제2 전극(20)을 덮어 보호한다. 절연층(31)은 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막의 단일층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다중층으로 형성될 수 있다. 나아가, 상기 절연층(31)은 굴절률이 서로 다른 산화물층들을 적층한 분포 브래그 반사기(DBR)로 형성될 수도 있다. 따라서, 제1 전극(19)과 제2 도전형 반도체층(17) 사이의 영역에서 광을 반사시킬 수 있어, 발광 다이오드의 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 발광 소자는 앞서 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 발광 다이오드 및 서브 마운트 기판(200)을 포함한다. 서브 마운트 기판(200)은 기판(81), 반사 패턴(83) 및 유전체층(85)을 포함한다. 또한, 서브 마운트 기판(200)은 상면에 패드들(40a, 40b)을 포함하는 회로 패턴을 포함한다.
상기 발광 다이오드는 앞에서 설명한 바와 같으므로 여기서 상세한 설명은 생략한다.
기판(81)은 열전도성이 우수한 BeO, SiC, Si, Ge, SiGe, AlN 및 세라믹 기판 중 어느 하나일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 열전도율이 큰 절연 물질은 물론, 열전도율이 큰 전기 전도성이 우수한 금속성 물질을 포함하는 기판일 수 있다.
반사 패턴(83)은 기판(81) 상에 배치된다. 반사 패턴(83)은 Al, Ag 또는 이들 금속의 합금을 포함할 수 있다. 반사 패턴(83)은 라인 형태의 패턴, 격자 형태의 패턴, 원 형태의 패턴 또는 육각 형태의 패턴일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 반사 패턴(83)의 형태에 대해서는 후술하여 설명한다.
본 실시예에 있어서, 반사 패턴(83)의 전체 면적은 배치되는 기판(81) 전체 면적의 30 내지 90%일 수 있다. 반사 패턴(83)의 전체 면적이 기판(81) 전체 면적의 30% 미만인 경우에는, 반사를 통한 광 추출 효율의 향상이 효과적으로 일어나기 어려울 수 있다. 반사 패턴(83)의 전체 면적이 기판(81) 전체 면적의 90% 초과인 경우에는, 반사 패턴(83)의 고온으로 인한 변형 방지가 어려울 수 있다.
반사 패턴(83)은 마스크 패턴을 이용한 증착 공정 또는 식각 공정 등으로 형성될 수 있다. 반사 패턴(83)은 웨이퍼가 상기 서브 마운트 기판(200)으로 분리 되기 이전에, 웨이퍼 상에 다이싱될 영역을 고려하여 배치될 수 있다. 즉, 반사 패턴(83)은 상기 웨이퍼 상의 영역 중에서 다이싱 라인 또는 스크라이빙 라인 등과 같이 분리될 영역을 제외한 영역 상에 형성되고, 이렇게 형성된 반사 패턴(83)는 유전체층(85)으로 덮인다. 이후 웨이퍼 분리 공정을 통해, 서브 마운트 기판(200)을 형성하면, 반사 패턴(83)은 기판(81)의 내부 영역에 위치할 수 있다. 따라서, 서브 마운트 기판(200)의 측면으로 반사 패턴(83)의 일부가 노출되는 것을 방지할 수 있다.
유전체층(85)는 반사 패턴(83) 상에 배치되어, 반사 패턴(83)을 덮는다. 유전체층(85)은 SiO2, MgO 및 SiN, 또는 절연성 물질을 포함할 수 있다. 유전체층(85)은 투명성층일 수 있으며, 발광셀이 자외선 파장 영역의 광을 방출하는 경우에는, 자외선에 투과성을 가진 층일 수 있다. 반사 패턴(83)은 복수개의 반사 요소들을 포함할 수 있으며, 상기 유전체층(85)은 반사 패턴(83)이 포함하는 복수개의 반사 요소들 각각을 덮을 수 있다. 이를 통해, 상기 유전체층(85)은 반사 패턴(83)을 외부 환경, 즉, 습기로부터 보호할 수 있을 뿐 아니라, 발광 다이오드로부터 방출되는 열로 인한 변형을 방지할 수 있다. 또한, 유전체층(85)은 반사 패턴(83)와 산소와의 접촉을 차단하므로, 반사 패턴(83)의 산화를 방지할 수 있다.
상술한 것처럼, 반사 패턴(83)은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 알루미늄(Al)은 가시광선뿐만 아니라, 자외선 파장 영역에 대해서도 높은 반사율을 가진다. 그러나, 알루미늄(Al)은 열에 취약하므로 종래에는 알루미늄(Al)을 광 반사체로 자외선 발광 소자에 적용하는 것에 어려움이 있었다. 본 발명에 따른 서브 마운트 기판(200)은 기판(81)과 유전체층(85) 사이에 반사 패턴(83)이 배치되므로, 반사 패턴(83)이 알루미늄(Al)을 포함하는 경우에도, 반사 패턴(83)을 발광 다이오드에서 방출되는 열로부터 보호할 수 있다.
한편, 상기 패드들(40a, 40b)은 제1 범프(30a) 및 제2 범프(30b)의 형상에 대응하도록 형성되며, 상기 패드들(40a, 40b) 상에 제1 범프(30a) 및 제2 범프(30b)가 각각 본딩된다. 이때, 열 또는 초음파(ultrasonic)를 이용하거나, 열과 초음파를 동시에 사용하여 본딩할 수 있다. 제1 및 제2 범프(30a, 30b)들과 패드들(40a, 40b)과의 접속은 다양한 본딩 방법을 통해 본딩될 수 있다.
또한, 도시되지는 않았지만, 성장 기판(11)의 타면, 즉 발광셀들이 형성되지 않는 기판(11)의 일면에 요철부가 형성될 수 있다. 상기 요철부를 통하여 발광 소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
본 실시예는 상술한 일 실시예와 비교하여 요철부(87)을 제외하고 동일하다. 이하, 동일한 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략한다.
유전체층(85)의 상면에 요철부(87)을 배치할 수 있다. 서브 마운트 기판(200) 표면에 요철부(87)을 배치함으로써, 광자가 다양한 각의 표면에 의해 반사되지 않고 외부로 빠져나갈 수 있기 때문에, 높은 휘도와 발광 효율을 얻을 수 있다. 요철부(87)는 Ar 및 Cl2 가스를 이용한 건식 식각을 통해 형성될 수 있다. 요철부(87)는 임의의 영역에 배치될 수 있으며, 본 실시예에 있어서, 서브 마운트 기판(200) 표면에서 패드들(40a, 40b)가 배치된 영역을 제외하고 형성될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 발광소자에 적합한 다양한 서브 마운트 기판을 도시한 평면도들이다.
도 6은 서브 마운트 기판이 포함하는 반사 패턴의 다양한 형태들을 도시한다. 도 6(a)는 반사 패턴이 라인 형태의 패턴인 경우를, 도 6(b)는 반사 패턴이 격자 형태의 패턴인 경우를, 도 6(c)는 반사 패턴이 원 형태의 패턴인 경우를, 도 6(d)는 반사 패턴이 육각 형태의 패턴인 경우를 도시한다. 도 6(e)는 반사 패턴이 격자 형태의 패턴인 경우에 있어서, 패턴의 간격이 일정하지 않는 경우를 도시한다.
도 6(a)를 참조하면, 본 실시예에 있어서, 반사 패턴(83)은 라인 형태의 패턴으로 기판(81) 상에 배치된다.
라인 형태의 반사 패턴(83)은 일정간격으로 이격되어 배치된 복수개의 라인들을 통해 형성될 수 있다. 복수개의 라인들 각각의 굵기 및 서로간의 이격거리는 발명의 목적 및 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 따라서, 상기 복수개의 라인들 각각의 굵기 및 서로간의 이격거리는 규칙적일 수도 있고, 불규칙적일 수도 있다.
복수개의 라인들의 사이 공간과 상부 공간을 유전체층(85)이 덮는다. 상기 형태의 반사 패턴(83)을 포함하는 서브 마운트 기판 상에 상술하여 설명한 발광 다이오드가 플립칩 본딩될 수 있다.
도 6(b)를 참조하면, 본 실시예에 있어서, 반사 패턴(83)은 격자 형태의 패턴으로 기판(81) 상에 배치된다.
격자 형태의 반사 패턴(83)은 일정간격으로 이격되고, 서로 교차되는 복수개의 격자선들을 통해 형성될 수 있다. 격자 형태의 반사 패턴(83)이 포함하는 격자선 간의 간격을 조절하여, 반사 패턴(83)의 반사 기능을 극대화시킬 수 있다. 또한, 격자 형태의 반사 패턴(83)이 포함하는 복수개의 격자선들 각각의 굵기를 제어하여, 기판(81) 상의 전체 면적에서 차지하는 반사 패턴(83)의 전체 면적을 조절할 수 있다. 따라서, 복수개의 격자선들 각각의 굵기 및 서로간의 이격거리는 발명의 목적 및 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
복수개의 격자선들의 사이 공간과 상부 공간을 유전체층(85)이 덮는다. 상기 형태의 반사 패턴(83)을 포함하는 서브 마운트 기판 상에 상술하여 설명한 발광 다이오드가 플립칩 본딩될 수 있다.
도 6(b)의 실시예에 따른 서브 마운트 기판의 단면도는 도 4의 실시예에 따른 발광 소자가 포함하는 서브 마운트 기판의 단면도일 수 있다. 이 경우, 도 4를 다시 참조하면, 반사 패턴(83) 사이의 이격 공간은 도 6(b)의 평면도에서, 반사 패턴(83)이 포함하는 격자선 사이의 이격 공간과 대응할 수 있다.
도 6(c)를 참조하면, 반사 패턴(83)은 원 형태의 패턴으로 기판(81) 상에 배치된다.
원 형태의 반사 패턴(83)은 일정간격으로 이격되어 배치된 복수개의 원들을 통해 형성될 수 있다. 원 형태의 반사 패턴(83)이 포함하는 복수개의 원들 각각의 넓이 및 서로간의 이격거리는 발명의 목적 및 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 따라서, 상기 복수개의 원들 각각의 넓이 및 서로간의 이격거리는 규칙적일 수도 있고, 불규칙적일 수도 있다.
복수개의 원들의 사이 공간과 상부 공간을 유전체층(85)이 덮을 수 있다. 상기 형태의 반사 패턴(83)을 포함하는 서브 마운트 기판 상에 상술하여 설명한 발광 다이오드가 플립칩 본딩될 수 있다.
도 6(d)를 참조하면, 반사 패턴(83)은 육각 형태의 패턴으로 기판(81) 상에 배치될 수 있다. 도 6(d)에 있어서, 반사 패턴(83)의 형태를 제외하고는 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
도 6(c) 및 도 6(d)에 있어서, 반사 패턴(83)이 포함하는 반사 요소들 각각이 원형 또는 육각형인 경우를 예로 들어 설명하였지만, 반사 패턴(83)이 포함하는 반사 요소들 각각의 형태가 이에 제한되는 것은 아니다.
따라서, 반사 패턴(83)이 포함하는 반사 요소들 각각의 형태는 육각형을 포함하는 다각형일 수 있다. 또한, 상기 실시예들에 있어서, 반사 패턴(83)이 포함하는 반사 요소들 각각의 상면에서 바라본 형태에 대해서 도시하였지만, 상기 반사 요소들 각각은 다각뿔 형태, 다각 기둥 형태 또는 반구 형태 일 수 있다. 따라서, 반사 패턴(83)이 포함하는 반사 요소들 각각의 단면은 삼각형, 직사각형을 포함하는 사각형 또는 원형일 수 있다. 반사 요소들 각각은 모두 동일한 형태일 수 있고, 서로 다른 형태일 수도 있다.
도 6(e)를 참조하면, 반사 패턴(83)이 포함하는 반사 요소들은 서로 다른 이격 거리를 가지고 배치될 수 있고, 기판(83)의 중앙 영역은 반사 패턴(83)이 배치되지 않을 수 있다. 이 경우, 기판(83)의 중앙 영역에 제1 및 제2 범프와의 연결을 위한 패드들(도 4의 40a, 40b)가 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 서브 마운트 기판 상에 배치되는 패드들의 위치를 고려하여, 기판(81) 상에 반사 패턴(83)이 형성될 수 있다. 따라서, 반사 패턴(83)의 효과적인 배치를 통하여 서브 마운트 기판의 반사 효과를 향상시킬 수 있으며, 상대적으로 적은 면적을 차지하는 반사 패턴(83)을 사용하더라도, 도 6의 다른 실시예들에 따른 반사 패턴들과 동일하거나 유사한 반사 효과를 얻을 수 있다.
본 실시예에 있어서, 기판(83)의 중앙 영역에 반사 패턴(83)이 배치되지 않은 경우를 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 서브 마운트 기판 상에 배치되는 패드들의 위치와 발광 다이오드에서 방출되는 광의 입사 방향을 고려하여 기판(83) 상에 반사 패턴(83)이 배치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 설명하기 위한 사시도이다.
도 7을 참조하면, 상기 발광 소자 패키지는 제1 프레임(311), 제2 프레임(313) 및 상기 제1 및 제2 프레임(311, 313) 사이에 위치하는 절연층(315)을 포함하는 기판(300), 상기 기판(300)의 상면에 형성된 캐비티(317) 내에 실장된 발광 다이오드(100) 및 서브 마운트 기판(200) 및 와이어(130)을 포함한다.
발광 다이오드(100) 및 서브 마운트 기판(200)은 상술하여 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 및 서브 마운트 기판이다.
제1 및 제2 프레임(311)은 금속 프레임 또는 세라믹 프레임일 수 있다. 제1 및 제2 프레임(311)이 금속 프레임인 경우에는, 전기적 특성과 방열에 우수한 Al, Ag, Cu, Ni 등을 포함하는 단일 금속 또는 합금을 포함할 수 있다.
절연층(315)은 접착부를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 프레임(311, 313)을 양측에 고정시키는 기능을 갖는다. 와이어(130)를 통해, 패드들과 전원을 연결하여 발광 다이오드(100)에 전원이 공급될 수 있다.
본 발명에 있어서, 발광 다이오드는 하나의 발광셀을 포함하고 있는 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 발광 다이오드는 복수 개의 발광셀들을 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결하여 복수개의 발광셀들을 가지는 하나의 발광 소자를 제조할 수도 있다. 이와 같은 발광 소자는 복수개의 발광셀들을 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결함으로써 발광 소자의 크기 증가를 방지하면서 교류 전원에서도 구동할 수 있다. 본 발명에 따른 발광 소자가 복수개의 발광셀들을 포함하는 경우에는, 발광셀들은 이웃하는 발광셀들과 전극층 또는 배선 등을 통하여 연결될 수 있다. 이때, 하나의 발광셀이 포함하는 제1 도전형 반도체층과 다른 하나의 발광셀이 포함하는 제2 도전형 반도체층은 상기 전극층 또는 배선을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
11: 기판
13: 제1 도전형 반도체층
15: 활성층
17: 제2 도전형 반도체층
19: 제1 전극
20: 제2 전극
30a: 제1 범프
30b: 제2 범프
31: 절연층
40a, 40b: 패드
81: 기판
83: 반사 패턴
85: 유전체층
100: 발광 다이오드
130: 와이어
200: 서브 마운트 기판
300: 기판
311: 제1 프레임
313: 제2 프레임
315: 절연층
317: 캐비티

Claims (14)

  1. 적어도 하나의 발광셀;
    상기 발광셀이 플립칩 본딩된 서브 마운트 기판; 및
    상기 발광셀을 상기 서브 마운트 기판에 플립칩 본딩하기 위한 제1 범프 및 제2 범프를 포함하고,
    상기 서브 마운트 기판은,
    기판;
    상기 발광셀에서 방출된 광이 투과되는 유전체층;
    상기 기판과 상기 유전체층 사이에 배치되고, 투과된 광이 반사되는 반사 패턴; 및
    상기 제1 범프 및 제2 범프와 본딩되는 패드들을 포함하는 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사 패턴은 복수개의 반사 요소들을 포함하고, 상기 유전체층은 상기 복수개의 반사 요소들 중 적어도 일부를 덮는 발광 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사 패턴은 라인 형태의 패턴, 격자 형태의 패턴, 원 형태의 패턴 또는 다각 형태의 패턴인 발광 소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사 패턴은 알루미늄 또는 은을 포함하는 발광 소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사 패턴의 전체 면적은 상기 기판 전체 면적의 30 내지 90%인 발광 소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브 마운트 기판이 포함하는 상기 기판은 BeO, SiC, Si, Ge, SiGe, AlN, 세라믹 기판 중 어느 하나를 포함하는 발광 소자.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 서브 마운트 기판이 포함하는 상기 기판은 절연성을 가지는 발광 소자.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체층은 SiO2, MgO 또는 SiN을 포함하는 발광 소자.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체층은 적어도 일 영역 상에 요철부를 포함하는 발광 소자.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발광셀은 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광 소자.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 발광셀은 자외선 파장 영역의 광을 방출하는 발광 소자.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 반사 패턴은 알루미늄을 포함하는 발광 소자.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 범프 및 상기 제2 범프는 각각 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 발광 소자.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광셀과 접촉되는 기판을 더 포함하고,
    상기 기판은 상기 발광셀과 접촉하는 일면과 반대되는 타면을 포함하고, 상기 타면은 요철부를 포함하는 발광 소자.
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