KR20150142121A - 반도체 발광소자 - Google Patents

반도체 발광소자 Download PDF

Info

Publication number
KR20150142121A
KR20150142121A KR1020140070134A KR20140070134A KR20150142121A KR 20150142121 A KR20150142121 A KR 20150142121A KR 1020140070134 A KR1020140070134 A KR 1020140070134A KR 20140070134 A KR20140070134 A KR 20140070134A KR 20150142121 A KR20150142121 A KR 20150142121A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light emitting
semiconductor light
electrode
semiconductor
electrode portion
Prior art date
Application number
KR1020140070134A
Other languages
English (en)
Inventor
백승호
전수근
Original Assignee
주식회사 세미콘라이트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 세미콘라이트 filed Critical 주식회사 세미콘라이트
Priority to KR1020140070134A priority Critical patent/KR20150142121A/ko
Priority to CN201810347403.1A priority patent/CN108598251B/zh
Priority to US15/373,172 priority patent/US10008635B2/en
Priority to CN201580031238.3A priority patent/CN106663734B/zh
Priority to PCT/KR2015/005803 priority patent/WO2015190817A1/ko
Publication of KR20150142121A publication Critical patent/KR20150142121A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64—Heat extraction or cooling elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

본 개시는 반도체 발광소자에 있어서, 전원 단자와 전원 단자와 절연된 방열부를 구비하는 플레이트; 그리고 플레이트에 실장되는 반도체 발광칩;을 포함하며, 반도체 발광칩은: 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층; 제1 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극부; 제2 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극부; 그리고 제1 전극부 및 제2 전극부로부터 떨어져 복수의 반도체층 상에 형성된 방열 패드;를 포함하며, 제1 전극부 및 제2 전극부 중 적어도 하나는 전원 단자에 전기적으로 연결되고, 방열 패드는 방열부 측에 고정되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자에 관한 것이다.

Description

반도체 발광소자{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 방열이 더 잘되도록 한 반도체 발광소자에 관한 것이다.
여기서, 반도체 발광소자는 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 반도체 광소자를 의미하며, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 들 수 있다. 3족 질화물 반도체는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)로 된 화합물로 이루어진다. 이외에도 적색 발광에 사용되는 GaAs계 반도체 발광소자 등을 예로 들 수 있다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
도 1은 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에 성장되는 위에 성장되는 n형 반도체층(300), n형 반도체층(300) 위에 성장되는 활성층(400), 활성층(400) 위에 성장되는 p형 반도체층(500), p형 반도체층(500) 위에 형성되는 반사막으로 기능하는 전극(901,902,903) 그리고 식각되어 노출된 n형 반도체층(300) 위에 형성되는 n측 본딩 패드(800)를 포함한다.
이러한 구조의 칩, 즉 기판(100)의 일측에 전극(901,902,903) 및 전극(800) 모두가 형성되어 있고, 전극(901,902,903)이 반사막으로 기능하는 형태의 칩을 플립 칩(filp chip)이라 한다. 전극(901,902,903)은 반사율이 높은 전극(901; 예: Ag), 본딩을 위한 전극(903; 예: Au) 그리고 전극(901) 물질과 전극(903) 물질 사이의 확산을 방지하는 전극(902; 예: Ni)으로 이루어진다. 이러한 금속 반사막 구조는 반사율이 높고, 전류 확산에 이점을 가지지만, 금속에 의한 빛 흡수라는 단점을 가진다. 또한, 금속 반사막이 전극이면서 방열통로가 될 수 있지만, 금속 반사막이 전극이면서 동시에 좋은 방열 구조를 가지는 데에는 한계가 많다.
도 2는 일본 공개특허공보 제2006-20913호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에 성장되는 버퍼층(200), 버퍼층(200) 위에 성장되는 n형 반도체층(300), n형 반도체층(300) 위에 성장되는 활성층(400), 활성층(400) 위에 성장되는 p형 반도체층(500), p형 반도체층(500) 위에 형성되며, 전류 확산 기능을 하는 투광성 도전막(600), 투광성 도전막(600) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(700) 그리고 식각되어 노출된 n형 반도체층(300) 위에 형성되는 n측 본딩 패드(800)를 포함한다. 그리고 투광성 도전막(600) 위에는 분포 브래그 리플렉터(900; DBR: Distributed Bragg Reflector)와 금속 반사막(904)이 구비되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 금속 반사막(904)에 의한 빛 흡수를 감소하지만, 전극(901,902,903)을 이용하는 것보다 상대적으로 전류 확산이 원활치 못한 단점이 있다.
도 3은 미국 등록특허공보 제6,650,044호에 도시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 플립 칩의 형태로, 기판(100), 기판(100) 위에, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(300), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(400), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(500)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 기판(100) 측으로 빛을 반사시키기 위한 반사막(950)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(300) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(800)이 형성되어 있으며, 기판(100) 및 반도체층(300,400,500)을 둘러싸도록 봉지재(1000)가 형성되어 있다. 반사막(950)은 도 2에서와 같이 금속층으로 이루어질 수 있지만, 도 5에 도시된 바와 같이, SiO2/TiO2로 된 DBR(Distributed Bragg Reflector)과 같은 절연체 반사막으로 이루어질 수 있다. 반도체 발광소자는 전기 배선(820,960)이 구비된 PCB(1200; Printed Circuit Board)에 도전 접착제(830,970)를 통해 장착된다. 봉지재(1000)에는 주로 형광체가 함유된다. 여기서 반도체 발광소자는 봉지재(1000)를 포함하므로, 구분을 위해, 봉지재(1000)를 제외한 반도체 발광소자 부분을 반도체 발광칩이라 부를 수 있다. 이러한 방법으로 도 3에 도시된 바와 같이 반도체 발광칩에 봉지재(1000)가 도포될 수 있다.
도 4는 미국 공개특허공보 제2012/0171789에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 회로 기판(3)에 형성된 단자(3)에 범프(5)가 접합되어 실장된 발광소자가 제시되어 있다. 발광소자 전극들 사이에는 절연체(7)가 개재되어 있다. 방열의 측면에서 전극과 회로 기판의 단자를 통한 방열통로는 매우 제한적이고, 방열 면적이 작다.
도 5는 종래의 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 나타내는 도면으로서, 도 1에 도시된 반도체 발광칩(1)이 장착된 패키지를 도시하고 있다. 패키지는 리드 프레임(4,5), 리드 프레임(4,5)을 고정하고 오목부(7)를 형성하는 몰드(6)를 구비한다. 반도체 발광소자(1; 반도체 발광칩)가 리드 프레임(4)에 장착되어 있으며, 반도체 발광칩(1)을 덮도록 봉지재(1000)가 오목부(7)를 채우고 있다. 주로 봉지재(1000)는 형광체를 포함한다. 몰드는 방열에는 좋지 못한 재질이며, 리드 프레임이 몰드에 고정되며, 몰드로 인해 방열효율 상승에 제약이 된다.
도 6은 미국 공개특허공보 제2013/0194790에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 바(bar) 타입의 회로기판(101)에 복수의 엘이디(102)가 실장되고, 봉지재(103)가 엘이디를 덮고, 회로기판의 배면에는 히트싱크(105)가 구비되어 있다. 방열의 측면에서 엘이디와 히트싱크 사이에 회로기판이 개재되어 열전달 효율 향상에 제한이 된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자에 있어서, 전원 단자와 전원 단자와 절연된 방열부를 구비하는 플레이트; 그리고 플레이트에 실장되는 반도체 발광칩;을 포함하며, 반도체 발광칩은: 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층; 제1 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극부; 제2 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극부; 그리고 제1 전극부 및 제2 전극부로부터 떨어져 복수의 반도체층 상에 형성된 방열 패드;를 포함하며, 제1 전극부 및 제2 전극부 중 적어도 하나는 전원 단자에 전기적으로 연결되고, 방열 패드는 방열부 측에 고정되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 일본 공개특허공보 제2006-20913호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 미국 등록특허공보 제6,650,044호에 도시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 미국 공개특허공보 제2012/0171789에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 5는 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 미국 공개특허공보 제2013/0194790에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 7 및 도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 설명하는 도면들,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자가 구비하는 반도체 발광칩의 일 예를 설명하는 도면,
도 10은 도 9에서 A-A 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 설명하는 도면,
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 설명하는 도면,
도 12, 도 13 및 도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법의 일예를 설명하는 도면들,
도 15는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 16은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 17은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 7 및 도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 예들을 설명하는 도면들로서, 반도체 발광소자는 플레이트(110) 및 반도체 발광칩(150)을 포함한다. 플레이트(110)는 복수의 전원 단자(111,115)와 복수의 전원 단자(111,1115)와 절연된 방열부(113)를 구비한다. 반도체 발광칩(150)은 플레이트(110)에 실장되며, 복수의 반도체층(120), 제1 전극부(75), 제2 전극부(85) 및 방열 패드(92)를 포함한다. 복수의 반도체층(120)은 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 구비한다. 제1 전극부(75)는 제1 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하며, 제2 전극부(85)는 제2 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급한다. 방열 패드(92)는 제1 전극부(75) 및 제2 전극부(85)로부터 떨어져 복수의 반도체층(120) 상에 형성된다. 방열 패드(92)는 방열용으로 사용되거나 반사막으로 사용될 수도 있다. 제1 전극부(75) 및 제2 전극부(85) 중 적어도 하나는 전원 단자(111,115)에 전기적으로 연결되고, 방열 패드(92)는 방열부(113) 측에 고정된다. 방열부 및 방열 패드에는 양극 및 음극 전류가 인가되지 않아 전기적으로 중성(neutral)일 수 있다.
본 예에서, 플레이트(110)는 복수의 전원 단자(111,115), 복수의 전원 단자(111,115) 사이에 개재된 방열부(113) 그리고 절연부(112)를 포함한다. 절연부(112)는 각 전원 단자(111,115)와 각 방열부(113) 사이에 개재되며, 각 전원 단자(111,115)와 각 방열부(113)를 고정한다. 전원 단자(111,115) 및 방열부(113)는 모두 평평하며(flat) 상측 및 하측으로 모두 노출되어 있다. 플레이트(110)는 길이 및 폭이 확장될 수 있고 복수의 반도체 발광칩(150)이 가로 및/또는 세로 등 배열이 확장될 수 있다.
본 예에서 제1 전극부(75) 및 제2 전극부(85)가 복수의 반도체층(120) 보다 하부에 위치하도록 플레이트(110)의 상면 위에 배치된다. 제1 전극부(75) 및 제2 전극부(85)가 각 전원 단자(111,115)에 고정되도록 실장되며, 방열 패드(92)는 제1 전극부(75) 및 제2 전극부(85) 사이에서 각 방열부(113)에 고정된다. 방열 패드(92)는 복수의 반도체층(120), 제1 전극부(75) 및 제2 전극부(85)와 전기적으로 절연되어 있다. 이러한 구조의 일 예로, 복수의 반도체층(120) 위에 절연막 또는 비도전성 반사막(도시되지 않음)이 형성되고, 비도전성 반사막 위에 제1 전극부(75), 제2 전극부(85) 및 방열 패드(92)가 서로 떨어져 형성되고, 제1 전극부(75) 및 제2 전극부(85)가 비도전성 반사막을 관통하여 각각 제1 반도체층 및 제2 반도체층과 전기적으로 연결된다. 방열 패드(92)는 제1 전극부(75) 및 제2 전극부(85)와 동일 재질로, 동일 층구조로 형성되거나, 층구성이 다르거나 재질이 다르게 형성하는 실시예도 물론 가능하다.
반도체 발광소자는, 도 7에 제시된 바와 같이, 반도체 발광칩(150)을 덮는 봉지재(170) 그리고 봉지재(170)에 분산된 형광 물질을 포함할 수 있다. 봉지재(170)를 형성하는 방법은 스크린 프린팅 방법으로 반도체 발광칩(150) 표면에 형성하거나, 컨포멀 코팅 방법이 사용될 수 있다. 일 예로 도 3에 제시된 것과 같이 봉지재가 형성될 수 있다. 봉지재(170)는 플레이트(110)에 반도체 발광칩(150)을 실장한 후에 형성하거나, 먼저 반도체 발광칩(150)에 봉지재(170)를 형성한 후에 반도체 발광칩(150)을 플레이트(110)에 실장하는 것도 가능하다. 한편, 봉지재(170)는 형광체를 함유하는 것이 보통이지만, 형광체가 생략되는 것도 가능하며, 봉지재(170) 자체를 생략할 수도 있다.
플레이트(110)의 전원 단자(111,115) 및 방열부(113)의 재질은 도전성 금속 또는 전도성 반도체라면 특별한 제한이 없으며, 이러한 재료로 W, Mo, Ni, Al, Zn, Ti, Cu, Si 등과 같은 재료 및 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금 형태를 들 수 있고, 전기 전도성, 열 전도성, 반사율 등을 고려했을 때, Al을 적합한 예로 들 수 있다. 물론, 도전성 재료라면 특별한 제한이 없으며, 도전성을 가진다면 비금속 재료 또한 사용될 수 있을 것이다. 절연부(112)는 비도전성 접착재, 예를 들어, 수지가 사용될 수 있다. 전원 단자(111,115) 및 방열부(113)를 동일 재질로 형성될 수도 있지만, 전원 공급을 위한 전원 단자(111,115)와 방열을 위한 방열부(113)는 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 전원 단자(111,115)는 Al로 형성되며, 방열부(113)는 Cu로 이루어질 수 있다. 빛의 반사를 위해 Cu 위에 얇게 반사막(예: Ag 막)을 형성하는 것도 고려할 수 있다. 플레이트(110)는 전원공급 및 히트싱크 기능을 함께 가지며, 자체로 반도체 발광칩(150)과 함께 발광소자를 구성할 수 있으며, 플레이트(110)가 PCB에 직접 실장되는 예도 물론 가능하다.
본 예의 플레이트(110)는 전원 단자(111,115), 방열부(113) 및 절연부(112)가 플레이트(110) 형상으로 형성되어, 방열부(113)가 플레이트(110)의 상하로 노출되어 있다. 또한, 절연부(112)는 플레이트(110)의 상면 및 하면으로 연장되지 않고, 전원 단자(111,115)와 방열부(113) 사이에 전원 단자(111,115)와 방열부(113)에 비해 매우 작은 폭 및 부피를 가진다. 즉, 금속에 비해 방열효율이 좋지 않은 절연부(112)를 매우 작게 구비함으로써 방열효율이 향상되며, 두께도 필요에 따라 슬림하게 만들기가 쉽다. 따라서, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6에 제시된 종래의 구조에 비해 방열효율이 현저히 좋아진다. 특히, 플레이트(110)는 플립 칩(flip chip)의 전극부(75,85) 및 방열 패드(92)와 접합(예; 유테틱 본딩)되기에 매우 적합한 구조를 가지며, 방열 패드(92)를 구비한 플립칩과 방열효율 및 접합의 강도 향상에 좋은 조합을 이룬다. 반도체 발광칩(150)의 방열 패드(92)와 플레이트(110)의 방열부(113) 간의 접합은 방열효율 향상뿐만 아니라 반도체 발광칩(150)이 플레이트(110) 고정되는 힘을 향상하여 더욱 견고한 반도체 발광소자를 제공한다.
플레이트(110)는 후술되는 것과 같이 일 예로 금속판과 절연물질을 적층하고 절단하여 평탄한 판 형상으로 형성된다. 따라서 방열을 위한 방열부, 전원 단자가 모두 평탄하고 슬림한 판(plate) 형상을 가지고, 절연물질이 상면 및 하면으로 불필요하게 연장되지 않는다. 따라서, 별도의 비아홀을 형성하고 비아홀에 도전체를 채워 방열통로를 형성하는 등 복잡한 구성이 필요 없다. 또한, 히트싱크를 별도로 구비하지 않더라도 플레이트(110) 자체가 히트싱크가 되며, 특히, 방열부(113)는 방열단자로서 반도체 발광칩(150)과 직접 접하고 있어서 방열효율이 매우 좋게 된다. 또한, 플레이트(110)는 전원 단자(111,115) 및 방열부(113)의 사이즈 변경이 매우 자유로워서 가로 및 세로 방향으로 확장이 용이하다. 또한, 플레이트(110)는 PCB(printed circuit board)와 같은 회로 구조에 직접 실장될 수도 있다. 또한, 플레이트(110)에 전원 제어를 위한 또는, 반도체 발광칩(150)의 구동에 필요한 회로 기능을 부가하는 것도 가능하다.
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자가 구비하는 반도체 발광칩의 일 예를 설명하는 도면이고, 도 10은 도 9에서 A-A 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 설명하는 도면으로서, 반도체 발광칩(150)은 기판(10), 복수의 반도체층, 빛흡수 방지막(41), 전류확산 도전막(60), 비도전성 반사막(91), 제1 전극부(78,72,75) 및 제2 전극부(88,82,85)를 포함한다. 이하, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 하여 설명한다.
기판(10)으로 주로 사파이어, SiC, Si, GaN 등이 이용되며, 기판(10)은 최종적으로 제거될 수도 있다. 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50)은 그 위치가 바뀔 수 있으며, 3족 질화물 반도체 발광소자에 있어서 주로 GaN으로 이루어진다. 복수의 반도체층은 기판(10) 위에 형성된 버퍼층(20), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: Si 도핑된 GaN), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: Mg 도핑된 GaN) 및 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50) 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예: InGaN/(In)GaN 다중양자우물구조)을 포함한다. 복수의 반도체층(30,40,50) 각각은 다층으로 이루어질 수 있고, 버퍼층(20)은 생략될 수 있다.
빛흡수 방지막(41)은 하부전극(88) 아래에서 빛흡수 방지 또는 하부전극(88)의 바로 아래로 전류가 흐르지 못하도록 구비될 수 있다. 바람직하게는 전류확산 도전막(60)이 구비된다. 전류확산 도전막(60)은 빛흡수 방지막(41)과 제2 하부전극(88) 사이에 형성되며, 투광성을 가지며 대략 제2 반도체층(50)을 덮도록 형성될 수 있다. 전류확산 도전막(60) 위에 제2 하부전극(88)이 형성되고, 메사식각으로 노출된 제1 반도체층(30) 위에 제1 하부전극(78)이 형성되어 있다.
본 예에서 비도전성 반사막(91)은 금속 반사막에 의한 빛흡수 감소를 위해 비도전성 물질로 복수의 반도체층(30,40,50) 위에 형성된다. 비도전성 반사막(91)은 활성층(40)으로부터의 빛을 복수의 반도체층(30,40,50) 측으로 반사한다. 비도전성 반사막(91)은 단일의 유전체층(예: SiOx, TiOx, Ta2O5, MgF2와 같은 투광성 유전체 물질)으로 이루어질 수도 있고, 다층 구조를 가질 수도 있다. 다층 구조의 일 예로, 비도전성 반사막(91)은 순차로 적층된 유전체막, 분포 브래그 리플렉터(Distributed Bragg Reflector; 예: SiO2와 TiO2의 조합으로 된 DBR) 및 클래드막을 포함할 수 있다.
비도전성 반사막(91)에 개구를 형성하고, 스퍼터링 장비, E-빔 장비 등을 이용하여 비도전성 반사막(91) 위에 반사율이 높은 Al, Ag와 같은 금속을 사용하여 상부전극(75,85) 및 연결전극(72,82)를 형성한다. 연결전극(72,82)은 개구를 통해 하부전극(75,85)과 연결된다. 하부전극(78,88)이 가지가 아닌 섬 형태의 패드인 경우도 가능하다. 비도전성 반사막(91) 위에는 제1 상부전극(75) 및 제2 상부전극(85)과 함께 방열 패드(92)가 형성된다. 방열 패드(92)는 제1 상부전극(72) 및 제2 상부전극(82)이 외부전극(예: 플레이트(110)의 전원 단자(111,115))과 전기적으로 연결될 때, 외부전극이 구비된 외부 기기(예: 플레이트(110)의 방열부(113))에 접촉하여 방열통로로 사용될 수 있다.
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 설명하는 도면으로서, 플레이트(110)는 가로 및 세로 방향으로 확장될 수 있으며, 도 11에는 복수의 반도체 발광칩(150)의 각 제1 전극부(75)가 제1 극성 전류가 인가되는 각 전원 단자(115)와 고정되고, 각 제2 전극부(85)가 제2 극성 전류가 인가되는 각 전원 단자(111)에 고정되어 있다. 각 반도체 발광칩(150)의 방열 패드(92)는 플레이트(110)의 각 방열부(113)와 고정된다. 고정되는 방법은 유테틱 본딩을 예로 들 수 있다. 이외에도 솔더링이나 도전성 패이스트를 사용할 수 있다. 복수의 반도체 발광칩(150)은 병렬 또는 직렬 연결될 수 있다. 이러한 전기적 연결을 위해 플레이트(110)는 회로기판에 장착, 본딩, 실장 등이 될 수 있다.
도 12, 도 13 및 도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법의 일 예를 설명하는 도면들로서, 도 12에 제시된 바와 같이, 복수의 도전판(111',113',115'; 예: Al/Cu/Al)을 절연접착제(112'; 예: 에폭시) 등과 같은 절연재료를 사용하여 접착하는 방식으로 반복 적층하여 적층체를 준비한다. 이와 같은 적층체를 절단하여(예: 와이어 커팅 방법), 도 13a에 제시된 것과 같이, 플레이트(110)가 형성된다. 절단하는 방법에 따라 플레이트(110)는 띠 모양으로 길게 형성되거나, 바둑판처럼 넓게 형성될 수 있다. 전원 단자(111,115)의 폭, 절연부(112)의 폭 및 방열부(113)의 폭은 상기 도전판 및 절연접착제의 두께를 변경하여 조절될 수 있다.
플레이트(110)의 상면에 반사막(도시되지 않음)이 형성될 수 있다. 반사막은 비도성 물질(예: SiO2, DBR 등)로 코팅 또는 증착되거나, 은과 같은 물질로 전원 단자(111,115)와 방열부(113)가 쇼트되지 않게 상면에 도포될 수 있다. 반사막을 형성하기 전에 폴리싱 등과 같은 방법으로 플레이트(110)의 상면(반도체 발광칩(150)이 놓이는 면)에 대한 경면 처리가 수행될 수 있다. 경면 처리하는 경우, 경면 처리된 플레이트(110)의 상면의 반사율이 증가될 수 있으며, 이 경우 반사막을 생략할 수도 있다.
이후, 플레이트(110) 위에 도 13b에 제시된 바와 같이, 반도체 발광칩(150)이 고정된다. 제1 전극부(75) 및 제2 전극부(85)가 각각 음극 전원 단자(115) 및 양극 전원 단자(111)에 고정되고, 방열 패드(92)가 방열부(113)에 고정된다. 고정의 방법은 유테틱 본딩, 솔더링, 도전성 패이스트를 사용하는 등 알려진 다양한 방법이 사용될 수 있다.
다음으로, 도 13c에 제시된 바와 같이, 복수의 반도체 발광칩(150)을 덮도록 봉지재를 형성한다. 봉지재(170)는 스크린 프린팅 방법으로 프린팅되거나, 컨포멀 코팅되거나, 액상의 수지를 디스펜싱하고, 경화시켜 형성될 수 있다. 봉지재(170)는 실리콘 등과 같은 액상의 투명한 수지 재료와 형광체를 포함할 수 있다. 봉지재(170)를 형성하기 위해 봉지재(170)의 외곽을 한정하는 틀을 플레이트(110)에 놓고 수지를 디스펜싱하고 경화한 후 틀을 제거하는 방법도 가능하다.
계속해서, 도 14에 제시된 바와 같이, 평면상에서 반도체 발광소자의 예정된 경계(점선들로 표시됨)를 따라 경화된 봉지재 및 플레이트(110)를 함께 절단하여, 개별적인 반도체 발광소자가 제조된다. 도 14에 제시된 절단하는 경계는 다양하게 변경될 수 있다. 예들 들어, 단일 반도체 발광칩(150)만 포함하도록 절단하거나 가로로 복수의 반도체 발광칩(150)이 배열되도록 절단하거나, 세로로 복수의 반도체 발광칩(150)이 배열되도록 절단하거나, 가로 및 세로로 모두 복수인 매트릭스로 배열 형태로 절단하는 것도 물론 가능하다. 따라서, 다양한 필요(개수, 가로, 세로 배열 등)에 매우 유연하게, 대응할 수 있다. 복수의 반도체 발광칩(150)이 플레이트(110)에 실장되고, 도 14에 제시된 바와 같이, 플레이트(110)가 인쇄회로기판(180)에 실장된 전체가 반도체 발광소자가 되는 실시예도 가능하다.
도 15는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 제1 전극부(75), 제2 전극부(85), 방열 패드(92)와 플레이트(110) 사이에 본딩 패드(141,142)를 구비할 수 있다. 본딩 패드는 유테틱 본딩 물질이거나, 솔더 페이스트이거나, 높이를 높게 하기 위한 범프일 수 있다. 본딩 패드(141,142)는 더 좋은 접합을 위해 필요할 수도 있다. 또는, 반도체 발광칩으로 필립 칩이 사용될 수 있는데, 플립 칩의 활성층이 플레이트(110)로부터 좀더 높이 위치하도록 본딩 패드를 쓰는 것도 고려할 수 있다.
본 예에서 반도체 발광소자는 반사막(118)을 포함한다. 예를 들어, 전원 단자(111,115) 및 방열부(113)는 Cu로 이루어질 수 있다. 빛의 반사를 위해 Cu 위에 얇게 반사막(118; 예: Ag 막)을 형성하는 것도 고려할 수 있다.
도 16은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 플레이트(110)는 경사진 방열부(113)와, 방열부(113)를 사이에 두고 마주하도록 배치되는 전원 단자(111,115)를 구비한다. 전원 단자(111,115)는 절연부(112)와 도전부가 반복 적층되되 경사지게 절단된 형상을 가진다. 물론 방열 패드(92)-방열부(113)가 주요한 방열통로가 되지만 전극부(75,85)와 전원 단자(111,115)도 방열통로가 된다. 이와 같이, 전원 단자(111,115)가 경사지게 형성됨에 따라, 전원 단자(111,115)는 상면 측과 하면 측의 면적이 다르게 된다. 예를 들어, 전원 단자(111)는 상면(116) 측이 좁고 하면 측이 넓게 형성되며, 전원 단자(115)는 상면(116) 측이 넓고 하면 측이 좁게 형성된다. 따라서, 전원 단자(111)와 전원 단자(115)는 서로 다른 방열효율을 가지게 된다.
한편, 반도체 발광칩(150)에 구비되는 제1 전극부(75) 및 제2 전극부(85) 중 상대적으로 발열량이 많은 전극이 존재할 수 있다. 예를 들어, p형 반도체층과 전기적으로 연결되는 p측 전극은 n형 반도체층과 전기적으로 연결되는 n측 전극보다 더 많은 양의 열을 방출할 수 있다. 이와 같이, 발열량이 서로 다른 두 전극이 존재할 경우, 상대적으로 높은 발열량의 전극을 전원 단자(111,115) 중 방열효율이 우수한 어느 하나에 접합하고, 상대적으로 낮은 발열량의 전극을 나머지 하나에 접합하는 방식으로 반도체 발광칩(150)이 고정될 수 있고, 이를 통해 반도체 발광칩(150)에서 발생하는 열을 더욱 효과적으로 외부로 방출할 수 있게 된다.
도 17은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 반도체 발광칩(150) 주변 또는 둘레에 형성된 반사벽(160)을 포함한다. 반사벽(160)은 화이트 수지를 플레이트(110)에 프린팅하거나, 디스페싱하고 경화시켜 형성될 수 있다. 반사벽(160)의 측면은 플레이트(110)의 상면에 대해 수직을 이루거나 상기 화이트 수지를 디스펜싱하거나 프린팅하는 과정에서 경사지게 형성될 수 있다. 반사벽(160)은 반도체 발광칩(150)을 수용하는 공간을 형성하며, 봉지재(170)는 공간을 채우며 반도체 발광칩(150)을 보호한다. 반도체 발광칩(150)의 제1 전극부(75) 및 제2 전극부(85)는 플레이트(110)의 각 전원 단자(111,115)에 접합되며, 반도체 발광칩(150)의 방열 패드(92)는 플레이트(110)의 방열부(113)와 접합된다. 반사벽(150)은 플레이트(110)의 상면에 필요한 만큼만 형성되며, 플레이트(110)의 하면으로 불필요한 연장이 없다. 따라서 플레이트(110)는 전원전달과 함께 좋은 히트싱크가 된다. 또한, 플레이트(110)의 상면에 반사율 향상을 위해 Ag와 같은 물질로 반사막을 형성할 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자에 있어서, 전원 단자와 전원 단자와 절연된 방열부를 구비하는 플레이트; 그리고 플레이트에 실장되는 반도체 발광칩;을 포함하며, 반도체 발광칩은: 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층; 제1 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극부; 제2 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극부; 그리고 제1 전극부 및 제2 전극부로부터 떨어져 복수의 반도체층 상에 형성된 방열 패드;를 포함하며, 제1 전극부 및 제2 전극부 중 적어도 하나는 전원 단자에 전기적으로 연결되고, 방열 패드는 방열부 측에 고정되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(2) 플레이트는: 복수의 전원 단자; 복수의 전원 단자 사이에 개재된 방열부; 그리고 각 전원 단자와 각 방열부 사이에 개재되며, 각 전원 단자와 각 방열부를 고정하는 절연부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(3) 복수의 반도체 발광칩이 플레이트에 실장된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(4) 반도체 발광칩은 제1 전극부 및 제2 전극부가 복수의 반도체층 보다 하부에 위치하도록 플레이트의 상면 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(5) 복수의 반도체 발광칩이 제1 전극부 및 제2 전극부가 각 전원 단자에 접합되며, 방열 패드는 제1 전극부 및 제2 전극부 사이에서 각 방열부에 접합되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(6) 복수의 반도체 발광칩을 덮는 봉지재; 그리고 봉지재에 분산된 형광 물질;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(7) 복수의 반도체 발광칩이 플레이트에 가로 및 세로 방향으로 복수로 실장된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(8) 활성층에서 생성된 빛을 제1 반도체층 측으로 반사하도록 복수의 반도체층 위에 형성되며, 개구가 형성된 비도전성 반사막;을 포함하며, 제1 전극부 및 제2 전극부는 각각: 복수의 반도체층과 전기적으로 연결되며, 개구에 의해 적어도 일부가 노출되는 하부전극; 개구를 통해 하부전극과 접촉하는 연결전극; 그리고 연결전극과 연결되도록 비도전성 반사막 위에 서로 떨어져 형성되는 상부전극;을 포함하며, 방열 패드는 제1 전극부의 상부전극과 제2 전극부의 상부전극 사이 비도전성 반사막에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(9) 반도체 발광칩 둘레에 형성된 댐(dam); 그리고 댐을 채우는 봉지재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(10) 플레이트가 놓이며, 전원 단자에 전류를 공급하는 회로기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
본 개시에 따른 하나의 반도체 발광소자 및 이의 제조 방법에 의하면, 방열효율이 크게 향상된 반도체 발광소자가 제공된다.
본 개시에 따른 다른 하나의 반도체 발광소자 및 이의 제조 방법에 의하면, 개수, 가로 및 세로로 반도체 발광칩의 배열의 변경이 자유로운 반도체 발광소자가 제공된다.
본 개시에 따른 다른 하나의 반도체 발광소자 및 이의 제조 방법에 의하면, 플레이트가 전원 단자 및 방열부를 구비하여 히트싱크 기능을 하면서 반도체 발광칩에 전원 공급을 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
75: 제1 전극부 85: 제2 전극부 92: 방열 패드
110: 플레이트 111,115: 전원 단자 113: 방열부
112: 절연부 150: 반도체 발광칩 160: 반사벽
170: 봉지재 180: 인쇄회로기판

Claims (10)

  1. 반도체 발광소자에 있어서,
    평평한(flat) 전원 단자와 전원 단자와 절연된 평평한 방열부를 구비하는 플레이트; 그리고
    플레이트에 고정되는 반도체 발광칩;을 포함하며,
    반도체 발광칩은:
    제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층;
    제1 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극부;
    제2 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극부; 그리고
    제1 전극부 및 제2 전극부로부터 떨어져 복수의 반도체층 상에 형성된 방열 패드;를 포함하며,
    제1 전극부 및 제2 전극부 중 적어도 하나는 전원 단자에 전기적으로 연결되고, 방열 패드는 방열부 측에 고정되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    플레이트는:
    상하 측으로 노출된 복수의 전원 단자;
    복수의 전원 단자 사이에 개재되며, 상하 측으로 노출된 방열부; 그리고
    각 전원 단자와 각 방열부 사이에 개재되며, 각 전원 단자와 각 방열부를 고정하는 절연부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    복수의 반도체 발광칩이 플레이트에 실장된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    반도체 발광칩은 제1 전극부 및 제2 전극부가 복수의 반도체층 보다 하부에 위치하도록 플레이트의 상면 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 청구항 2에 있어서,
    복수의 반도체 발광칩이 제1 전극부 및 제2 전극부가 각 전원 단자에 접합되며, 방열 패드는 제1 전극부 및 제2 전극부 사이에서 각 방열부에 접합되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 청구항 5에 있어서,
    복수의 반도체 발광칩을 덮는 봉지재; 그리고
    봉지재에 분산된 형광 물질;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 청구항 2에 있어서,
    복수의 반도체 발광칩이 플레이트에 가로 및 세로 방향으로 복수로 실장된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 청구항 2에 있어서,
    활성층에서 생성된 빛을 제1 반도체층 측으로 반사하도록 복수의 반도체층 위에 형성되며, 개구가 형성된 비도전성 반사막;을 포함하며,
    제1 전극부 및 제2 전극부는 각각:
    복수의 반도체층과 전기적으로 연결되며, 개구에 의해 적어도 일부가 노출되는 하부전극;
    개구를 통해 하부전극과 접촉하는 연결전극; 그리고
    연결전극과 연결되도록 비도전성 반사막 위에 서로 떨어져 형성되는 상부전극;을 포함하며,
    방열 패드는 제1 전극부의 상부전극과 제2 전극부의 상부전극 사이 비도전성 반사막에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 청구항 2에 있어서,
    반도체 발광칩 둘레에 형성된 댐(dam); 그리고
    댐을 채우는 봉지재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  10. 청구항 1에 있어서,
    플레이트가 놓이며, 전원 단자에 전류를 공급하는 회로기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
KR1020140070134A 2014-06-10 2014-06-10 반도체 발광소자 KR20150142121A (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140070134A KR20150142121A (ko) 2014-06-10 2014-06-10 반도체 발광소자
CN201810347403.1A CN108598251B (zh) 2014-06-10 2015-06-10 半导体发光元件
US15/373,172 US10008635B2 (en) 2014-06-10 2015-06-10 Semiconductor light-emitting element
CN201580031238.3A CN106663734B (zh) 2014-06-10 2015-06-10 半导体发光元件
PCT/KR2015/005803 WO2015190817A1 (ko) 2014-06-10 2015-06-10 반도체 발광소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140070134A KR20150142121A (ko) 2014-06-10 2014-06-10 반도체 발광소자

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150142121A true KR20150142121A (ko) 2015-12-22

Family

ID=55081486

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140070134A KR20150142121A (ko) 2014-06-10 2014-06-10 반도체 발광소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20150142121A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10056357B2 (en) Semiconductor light emitting device
US8791471B2 (en) Multi-chip light emitting diode modules
US9786637B2 (en) Light emitting device
JP4325412B2 (ja) 発光装置及び発光装置の製造方法
US20190304956A1 (en) Reflective solder mask layer for led phosphor package
WO2011136358A1 (ja) Ｌｅｄモジュール
US9293663B1 (en) Light-emitting unit and semiconductor light-emitting device
KR100877877B1 (ko) 발광 소자
US9425373B2 (en) Light emitting module
JP7212753B2 (ja) 半導体発光装置
JP6776347B2 (ja) 発光素子、発光素子の製造方法及び発光モジュール
KR101360881B1 (ko) 전도성 연결 배선을 구비한 발광 다이오드
CN109585429B (zh) 光源模块
KR101428774B1 (ko) 반도체 발광소자 및 이를 제조하는 방법
KR20110035189A (ko) 발광장치
KR20150142121A (ko) 반도체 발광소자
US20220209088A1 (en) Light emitting device package
KR101248607B1 (ko) 열우물을 이용한 방열구조를 가지는 led 어레이 모듈
KR101628239B1 (ko) 반도체 발광소자
JP2017069475A (ja) 半導体発光装置
KR20140095887A (ko) 발광 다이오드 패키지
KR20140141371A (ko) 인쇄회로기판 및 이를 포함한 발광 소자 패키지의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment