KR20160005827A - 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자 - Google Patents

측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자 Download PDF

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Abstract

양면에 각각 형성되는 제1 및 제2 반사층을 갖는 발광 다이오드를 적용하여, 빛이 측면으로만 방출되도록 함으로써 화이트 구현을 용이하게 구현할 수 있는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩은 기판 상에 형성된 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 갖는 발광구조물, 상기 제 2 도전형 질화물층 상부에 형성되는 제1 반사층 및 상기 기판 상에 형성된 상기 발광구조물 반대측에 형성되는 제2 반사층을 갖는 발광 다이오드; 및 상기 발광 다이오드의 측면을 덮는 몰딩부;를 포함한다.

Description

측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자{SIDE EMITTING TYPE NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING CHIP AND LIGHT EMITTING DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 질화물 반도체 발광 칩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양면에 각각 형성되는 제1 및 제2 반사층을 갖는 발광 다이오드를 적용하여, 빛이 측면으로만 방출되도록 함으로써 화이트 구현을 용이하게 구현할 수 있는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 질화물 반도체 발광 소자로는 GaN계 질화물 반도체 발광 소자가 주로 연구되고 있다. 이러한 GaN계 질화물 반도체 발광 소자는 그 응용분야에 있어서 청색과 녹색 LED의 발광소자, MESFET, HEMT 등의 고속 스위칭과 고출력 소자에 응용되고 있다.
도 1은 종래에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래에 따른 질화물 반도체 발광 소자(1)는 단자(12)를 구비하는 리드 프레임(10)과, 리드 프레임(10) 상에 부착된 발광 다이오드 칩(20)과, 리드 프레임(10)의 단자(12)와 발광 다이오드 칩(20)을 전기적으로 연결하는 금속 와이어(60)와, 발광 다이오드 칩(20)을 노출시키는 윈도우를 구비하는 리드 프레임 몰드 컵(30)과, 리드 프레임 몰드 컵(30)의 측 벽면에 형성된 반사층(50)과, 리드 프레임 몰드 컵(30) 내에 충진된 에폭시 수지층(40)과, 에폭시 수지층(40) 상에 부착된 렌즈(70)를 포함한다.
전술한 구성을 갖는 종래에 따른 질화물 반도체 발광 소자(1)의 경우, 리드 프레임 몰드 컵(30) 및 반사층(50)의 설계로 인해 지향각이 협소해질 수 밖에 없는 제약이 따른다.
특히, 직하형 TV의 커버 버텀 상에 질화물 반도체 발광 소자(100)를 탑재할 경우, 지향각을 120°로 확대시켜 발광 다이오드 칩(20)으로부터 발산되는 광이 잘 혼합되도록 하기 위해 에폭시 수지층(40) 상에 렌즈(70)를 부착하게 되는데, 이러한 렌즈(70)의 부착시 오정렬에 의해 공정 불량이 빈번히 발생하고 있다. 또한, 종래에 따른 질화물 반도체 발광 소자(100)의 경우, 렌즈(70)의 추가 장착으로 인해 질화물 반도체 발광 소자(100)의 두께가 증가하는데 기인하여, 직하형 TV 세트의 두께 또한 증가할 수 밖에 없는 관계로 경박 단소화에 대응하는데 어려움이 따르고 있다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허 10-1078032호(2011.10.24 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 측면 발광형 발광소자 패키지 및 이를 구비하는 백라이트 모듈이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 패키지 기판 상에 플립 타입으로 발광 칩을 탑재하고 발광 칩과 패키지 기판을 전극 단자와 직접 연결함으로써, 고 전류를 인가할 수 있는 고출력 소자를 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 측면 발광 방식으로 빛을 발산하도록 설계함으로써 지향각을 확대시킬 수 있는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩은 기판 상에 형성된 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 갖는 발광구조물, 상기 제 2 도전형 질화물층 상부에 형성되는 제1 반사층 및 상기 기판 상에 형성된 상기 발광구조물 반대측에 형성되는 제2 반사층을 갖는 발광 다이오드; 및 상기 발광 다이오드의 측면을 덮는 몰딩부;를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자는 기판 상에 형성된 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 갖는 발광구조물; 상기 제 2 도전형 질화물층 상부에 형성되는 제1 반사층; 및 상기 기판 상에 형성된 상기 발광구조물 반대측에 형성되는 제2 반사층;을 갖는 발광 다이오드; 상기 발광 다이오드가 플립 본딩되는 패키지 기판; 상기 패키지 기판에 형성되어, 상기 패키지 기판과 발광 다이오드 칩을 전기적으로 연결하는 전극 단자; 및 상기 패키지 기판의 상면 및 상기 발광 다이오드의 측면을 덮는 몰딩부;를 포함한다.
본 발명에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자는 패키지 기판 상에 발광 칩을 플립 타입으로 탑재하고 발광 칩과 패키지 기판을 전극 단자와 연결하고, 측면 발광 방식으로 빛을 발산하도록 설계함으로써 지향각을 대략 180° 정도까지 확대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자는 렌즈가 필요 없어 경박 단소한 구조를 가지므로 직하형 TV에 탑재할 경우 TV 세트의 두께가 얇아지므로 부피 및 무게의 감소로 슬림해지는 구조적인 이점이 있으며, 또한 슬림화로 인한 물류비 감소가 가능하여 제조업체의 비용 감소로 이어질 수 있다.
이에 더불어, 본 발명에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 소자는 양면에 각각 형성되는 제1 및 제2 반사층을 갖는 발광 다이오드를 적용하여 빛이 측면으로만 방출되도록 하되, 몰딩부를 패키지 기판의 상면 및 발광 다이오드의 측면, 또는 패키지 기판의 상면, 발광 다이오드의 측면과 제2 반사층의 상면을 덮도록 형성하여 발광 다이오드의 두께와 무관하게 화이트 구현을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 종래에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자의 구동 상태를 촬영한 사진들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩을 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩(105)은 발광 다이오드(120) 및 몰딩부(150)를 포함한다.
발광 다이오드(120)는 발광구조물(122), 제1 반사층(124) 및 제2 반사층(129)을 갖는다. 또한, 발광 다이오드(120)는 제1 본딩 패드(126) 및 제2 본딩 패드(127)를 더 포함한다.
발광구조물(122)은 기판(121) 상에 형성된 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 갖는다.
제1 반사층(124)은 제2 도전형 질화물층 상부에 형성되고, 제2 반사층(129)은 기판(121) 상에 형성된 발광구조물(122)의 반대측에 형성된다.
이때, 제1 및 제2 반사층(124, 129) 각각은 0.1 ~ 10㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 5㎛를 제시할 수 있다. 제1 및 제2 반사층(124, 129) 각각의 두께가 0.1㎛ 미만일 경우에는 제1 및 제2 반사층(124, 129)으로써의 기능을 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 제1 및 제2 반사층(124, 129) 각각의 두께가 10㎛를 초과할 경우에는 두께 증가에 따른 더 이상의 효과 없이 제조 단가만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있을 뿐만 아니라, 경박 단소화에 역행하는 결과를 초래하므로 바람직하지 못하다.
이러한 제1 및 제2 반사층(124, 129) 각각의 재질로는 티타늄(Ti), 아연(Zn), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 주석(Sn), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 탄탈륨(Ta), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 은(Ag), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 백금(Pt) 및 로듐(Rh) 중 1종 이상의 화합물, 혼합물, 산화물 및 황화물 중에서 선택될 수 있다.
제1 본딩 패드(126)는 발광 구조물(122)의 제1 도전형 질화물층 상에 형성되고, 제2 본딩 패드(127)는 발광 구조물(122)의 제2 도전형 질화물층 상에 형성된다.
몰딩부(150)는 발광 다이오드(120)의 측면(120c)을 덮도록 형성된다. 이러한 몰딩부(150)는 발광 다이오드(120)의 적어도 2개 이상의 면을 덮도록 형성되는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 몰딩부(150)는 육면체 형상을 갖는 발광 다이오드(120)의 4개의 측면(120c)과 제2 반사층(129)의 상면을 덮도록 형성될 수 있다. 이와 달리, 몰딩부(150)는 육면체 형상을 갖는 발광 다이오드(120)의 4개의 측면(120c)만을 덮도록 형성될 수도 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩은 양면에 각각 형성되는 제1 및 제2 반사층을 갖는 발광 다이오드를 적용하여, 빛이 측면으로만 방출되도록 함으로써 상부와 측면부의 몰딩부의 두께에 따른 색좌표가 달라지는 것을 제거함으로써 화이트 구현을 용이하게 할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자(100)는 발광 다이오드(120), 패키지 기판(110), 전극 단자(130) 및 몰딩부(150)를 포함한다.
발광 다이오드(120)는 도 2에서 도시하고 설명한 발명 다이오드와 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 발광 다이오드(120)는 상면(120a) 및 하면(120b)과, 상면(120a) 및 하면(120b)을 연결하는 측면(120c)을 갖는다. 이러한 발광 다이오드(120)는 패키지 기판(110)의 상면(110a) 상에 이의 상면(120a)이 마주보도록 플립 본딩되며, 양쪽에 제1 및 제2 반사층(124, 129)을 갖는다. 이때, 도 3에서는 발광 다이오드(120)가 플립 타입으로 부착되는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 수평형 칩 또는 수직형 칩 타입으로 부착될 수도 있다. 이러한 발광 다이오드(120)는 발광 구조물(미도시), 제1 반사층(124), 제1 본딩 패드(미도시), 제2 본딩 패드(미도시), 절연층(미도시) 및 제2 반사층(129)을 포함할 수 있으나, 이의 구조에 제한되는 것은 아니다.
패키지 기판(110)은 상면(110a) 및 상면(110a)에 반대되는 하면(110b)을 갖는다. 이러한 패키지 기판(110)에는 발광 다이오드(120)가 플립 본딩된다. 이때, 패키지 기판(110)은 인쇄회로기판(PCB), 리드 프레임, 세라믹 기판, 금속 기판 등에서 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다.
전극 단자(130)는 패키지 기판(110)에 형성되어, 패키지 기판(110)과 발광 다이오드(120)를 전기적으로 연결한다. 이러한 전극 단자(130)는 일단이 발광 다이오드(120)의 제1 본딩 패드(미도시) 및 제2 본딩 패드(미도시)에 각각 전기적으로 연결되고, 타단이 패키지 기판(110)의 하면(110b)으로 연장된다. 이때, 패키지 기판(110)의 상면(110a) 상에 발광 다이오드(120)를 부착한 후, 발광 다이오드(120)의 제1 본딩 패드 및 제2 본딩 패드를 전극 단자(130)와 공융(eutectic) 본딩 또는 솔더링 본딩을 이용하여 전기적으로 각각 연결할 경우, 금속 와이어를 이용하는 종래 방식과 비교해 볼 때, 전기적 연결 경로가 짧아져 전기 저항이 낮아지고, 열 방출 경로가 짧아지기 때문에 고 전류를 인가할 수 있는 고출력 소자 제작이 가능해질 수 있다.
이때, 솔더링의 경우에 Cr, Ti, Pt, Au, Mo, Sn 중 적어도 2개 이상의 합금, 예를 들면, Au/Sn, Pt/Au/Sn, Cr/Au/Sn 등으로 이루어진 범프(160)에 의해 전기적인 접합이 이루어지게 된다. 특히, 범프(160)로는 Au 및 Sn 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 금속층을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 공융 본딩을 위한 경우에는 Sn, Ag, Cu 등의 합금을 이용할 수 있다. 특히, AuSn 합금, NiSn 합금, AgSn 합금이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 제1 및 2 본딩 패드는 솔더링 본딩 뿐만 아니라 공융 본딩 모두 가능하므로, 필요에 따라 두 방식 중에 어느 하나를 자유롭게 택하여 실장할 수 있다.
도면으로 상세히 도시하지는 않았지만, 전극 단자(130)는 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등에서 선택된 1종 이상의 재질로 이루어진 금속층(미도시)과, 금속층 상에 주석(Sn), 은(Ag) 및 OSP(organic solderability preservative) 중 1종 이상으로 도금 또는 표면 처리된 표면 처리층(미도시)을 포함할 수 있다.
몰딩부(150)는 패키지 기판(110)의 상면(110a) 및 발광 다이오드(120)의 측면(120c)과 더불어, 제2 반사층(129)의 상면을 밀봉하도록 형성된다. 이와 같이, 몰딩부(150)가 패키지 기판(110)의 상면(110a) 및 발광 다이오드(120)의 측면(120c)과 더불어, 제2 반사층(129)의 상면을 덮도록 형성할 경우, 발광 다이오드(120)의 측면부로만 빛이 방출되므로 상부와 측면부의 몰딩부(형광체를 포함한)의 두께에 따른 색좌표가 달라지는 것을 제거함으로써 화이트 구현을 용이하게 할 수 있다.
이와 달리, 몰딩부(150)는 패키지 기판(110)의 상면(110a) 및 발광 다이오드(120)의 측면(120c)만을 덮도록 형성될 수도 있다.
몰딩부(150)는 패키지 기판(110)의 상면(110a) 및 발광 다이오드(120)의 측면(120c)을 밀봉하도록 형성되어, 제2 반사층(129)이 몰딩부(150)의 외측으로 노출되는 구조를 갖는다. 이 경우, 몰딩부(150)의 두께를 발광 다이오드(120)의 두께와 대응되는 두께로 설계하는 것이 가능해질 수 있으므로 슬림한 구조를 가질 수 있다.
이때, 몰딩부(150)에 형광체를 혼합하여 사용할 경우 백색광을 구현할 수 있게 되고, 몰딩부(150)가 순수 에폭시 수지만으로 이루어질 경우에는 발광 다이오드(120)의 발광 색상에 따라 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 광을 구현할 수 있게 된다. 이때, 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드(120)의 적절한 조합에 의해 백색광을 구현할 수 있게 된다.
즉, 몰딩부(150)는 에폭시 수지, 실리콘 수지 및 폴리이미드 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 수지층일 수 있다. 이와 달리, 몰딩부(150)는 에폭시 수지, 실리콘 수지 및 폴리이미드 수지 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 수지층에 파장 변환 물질이 혼합된 파장 변환층이 이용될 수 있다. 특히, 파장 변환층으로는 필름 형상인 것을 이용하는 것이 바람직하다.
이때, 몰딩부(150)는 패키지 기판(110)과 대응되는 면적으로 형성되어, 끝단이 패키지 기판(110)의 측면과 일직선 상에 배치되도록 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 몰딩부(150)는 50 ~ 2000㎛의 두께로 얇게 형성될 수 있는데, 이는 상부 발광식과 달리 측면 발광식으로 광을 방출하기 때문에 수직 두께를 낮추더라도 지향각의 확보가 가능해질 수 있기 때문이다.
이때, 몰딩부(150)의 두께가 50㎛ 미만일 경우에는 발광 다이오드(120)를 안정적으로 보호하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 몰딩부(150)의 두께가 2000㎛를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 없이 두께만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로 바람직하지 못하다.
한편, 도 4는 도 3의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면으로, 이를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 다이오드(120)는 발광 구조물(122), 투명 전도층(123), 제1 반사층(124), 금속 확산 장벽층(125), 제1 본딩 패드(126), 제2 본딩 패드(127) 및 제2 반사층(129)을 포함한다. 또한, 발광 다이오드(120)는 절연층(128)을 더 포함할 수 있다.
발광 구조물(122)은 기판(121) 상에 차례로 적층 형성된 제1 도전형 질화물층(122a), 활성층(122b) 및 제2 도전형 질화물층(122c)을 갖는다.
제1 도전형 질화물층(122a)은 기판(121) 상에 형성된다. 이러한 제1 도전형 질화물층(122a)은 실리콘(Si)을 도핑한 AlGaN으로 이루어진 제1층(미도시)과, 언도우프의 GaN(undoped-GaN)로 이루어진 제2층(미도시)이 교번적으로 형성된 적층 구조를 가질 수 있다. 물론, 제1 도전형 질화물층(122a)은 단일의 질화물층으로 성장시키는 것도 무방하나, 버퍼층(미도시)을 포함한 제1층과 제2층이 교번적으로 형성된 적층 구조로 성장시켜야 크랙이 없는 우수한 결정성을 확보할 수 있으므로, 적층 구조로 형성하는 것이 더 바람직하다.
이때, 기판(121)은 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 재질로 형성될 수 있으며, 대표적으로 사파이어 기판을 일 예로 들 수 있다. 이러한 기판(121)으로는 사파이어 기판 이외에 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘(silicon, Si), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC), 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등에서 선택된 재질로 형성될 수도 있다. 도면으로 도시하지는 않았지만, 발광 다이오드 칩(120)은 기판(121)과 제1 도전형 질화물층(122a) 사이에 개재되는 버퍼층을 더 포함할 수 있다. 이때, 버퍼층은 선택적으로 기판(121)의 상부면에 구비되는 층으로, 기판(121)과 제1 도전형 질화물층(122a) 사이의 격자 부정합을 해소하기 위한 목적으로 형성되며, 그 재질로는 AlN, GaN 등에서 선택될 수 있다.
활성층(122b)은 제1 도전형 질화물층(122a) 상에 형성된다. 이러한 활성층(122b)은 제1 도전형 질화물층(122a)과 제2 도전형 질화물층(122c) 사이에서 단일양자우물구조 또는 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 다수 적층된 다중양자우물(multi-quantum well : MQW) 구조를 가질 수 있다. 즉, 활성층(122b)은 Al이 포함된 AlGaInN의 4원계 질화물층으로 이루어진 양자장벽층과, InGaN으로 이루어진 양자우물층에 의해 다중양자우물 구조를 갖는다. 이러한 다중양자우물 구조의 활성층(122b)은 발생하는 응력과 변형에 의한 자발적인 분극을 억제할 수 있다.
제2 도전형 질화물층(122c)은, 일 예로, Mg을 p형 도펀트로 도핑한 p형 AlGaN의 제1층(미도시)과, Mg을 도핑한 p형 GaN로 이루어진 제2층(미도시)이 교번적으로 형성된 적층 구조를 가질 수 있다. 또한, 제2 도전형 질화물층(122c)은 제1 도전형 질화물층(122a)과 마찬가지로 캐리어 제한층으로 작용할 수 있다.
투명 전도층(123)은 발광 구조물(122) 상에 형성된다. 이러한 투명 전도층(123)은 투명하고 전도성이 있는 물질로 이루어지며, 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 니켈(Ni)과 금(Au)의 복합층일 수 있다. 또한, 투명 전도층(123)은 산화물을 포함할 수 있고, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IGO(Indium Gallium Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Aluminum Tin Oxide), IWO(Indium Tungsten Oxide), CIO(Cupper Indium Oxide), MIO(Magnesium Indium Oxide), MgO, ZnO, In2O3, TiTaO2, TiNbO2, TiOx, RuOx 및 IrOx 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 물질로 이루어진 층이나 그들의 복합층으로 이루어질 수 있다.
제1 반사층(124)은 투명 전도층(123) 상에 형성된다. 제1 반사층(124)은 높은 광 반사도를 가진 금속으로 이루어지며, 구체적으로는 Ag, Al, Au, Pd, Pt, Ru 및 Rh 중에서 선택된 어느 하나 또는 그들의 합금으로 이루어지거나, 그들이 적층된 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 반사층(124)은 광 반사층(미도시) 및 금속 산화 방지층(미도시)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 반사층(124)은 Ag 재질로 이루어진 광 반사층 및 Ni 재질로 이루어진 금속 산화 방지층이 차례로 적층된 다층의 금속층을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 제1 반사층(124)은 0.1 ~ 10㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 5㎛를 제시할 수 있다.
이때, 플립 방식의 발광 다이오드(120)의 경우, 제1 반사층(124)의 재질로 반사율이 높은 Ag가 주로 사용된다. Ag의 일함수가 5eV 이하로 낮기 때문에 제2 도전형 질화물층(122c)과의 접착이 제대로 이루어지지 않는다. 이에 따라, 본 발명에서는 제1 반사층(124)과 제2 도전형 질화물층(122c) 간의 접착력을 높이기 위한 목적으로 제2 도전형 질화물층(122c)과 제1 반사층(124) 사이에 투명 전도층(123)을 적용하였다. 이와 같이, 투명 전도층(123)을 제2 도전형 질화물층(122c)과 제1 반사층(124) 사이에 삽입하면, 투명 전도층(123)이 제2 도전형 질화물층(122c)에 견고하게 부착되어, 순방향 전압(Vf) 및 광학적 출력(PO; Optical Power) 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
금속 확산 장벽층(125)은 제1 반사층(124) 상에 형성된다. 이러한 금속 확산 장벽층(125)은 Cr, Ni, Pt, Ti, Au, Cu 및 W 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 다층의 금속층을 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 금속 확산 장벽층(125)은 제1 반사층(124)과 제1 및 제2 본딩 패드(126, 127) 간의 계면에서 각각의 물질이 융화되어 제1 반사층(124)의 특성, 특히 반사율 및 접촉저항이 저하되는 것을 방지하는 역할을 한다.
제1 본딩 패드(126)는 제1 도전형 질화물층(122a) 상에 형성되고, 제2 본딩 패드(127)는 발광 구조물(122)의 제2 도전형 질화물층(122c) 상에 형성된다. 이때, 제1 본딩 패드(126) 및 제2 본딩 패드(127)는 전자빔(E-Beam) 증착, 열 증발 증착(Thermal Evaporation). 스퍼터링 증착(Sputtering deposition) 등에서 선택된 어느 하나의 방식에 의해 형성될 수 있다. 이러한 제1 본딩 패드(126) 및 제2 본딩 패드(127)는 동일한 마스크를 사용하는 것에 의해 동일한 물질로 형성될 수 있다.
절연층(128)은 제1 본딩 패드(126) 및 제2 본딩 패드(127)를 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 절연층(128)은 Si, Mg, Ti, Al, Zn, C, In, Sn이 포함된 화합물 및 혼합물 중에 선택된 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 그 산화물, 불화물, 황화물 또는 질화물 중에 어느 하나를 선택하여 사용될 수 있다. 또한, 다층으로 이루어져 DBR(Distributed Bragg Reflector)층 또는 ODR(Omni Directional Reflector)층 중의 어느 하나로 활용될 수 있다. 상기 DBR층으로 사용하는 경우, 서로 다른 굴절률을 갖는 복수개의 층으로 구성된다. 상기 DBR층으로 적용되는 Si, Ti, Ta, V, Cr, Mg, Al, Zn, In, Sn, C가 포함된 화합물, 혼합물, 산화물 및 질화물 중에 선택된 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 그 불화물, 황화물 및 질화물 중의 어느 하나의 형태로 사용될 수 있다. 이 중에서 상기 산화물, 질화물 또는 불화물 중의 어느 하나의 형태가 더욱 바람직하다. 상기 DBR의 두께는 10 ~ 900Å이 바람직하며, 적층되는 주기는 제한을 두지는 않지만, 20주기(k=20) 이하가 바람직하다.
제2 반사층(129)은 기판(121) 상에 형성된 발광구조물(122)의 반대측에 형성된다. 이때, 제2 반사층(129)은 발광구조물(122)과 동일한 평면적을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 제2 반사층(129)은 0.1 ~ 10㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 5㎛를 제시할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자(100)의 경우, 발광 다이오드(120)로부터 발산되어 몰딩부(150)의 내부를 통과하면서 수직으로 입사되는 광이 제2 반사층(129)에 의해 굴절되어 패키지 기판(110) 및 몰딩부(150)의 측면으로 출사되게 된다.
이때, 발광 다이오드(120)로부터 산란되어 발광 다이오드(120)의 상면(120a) 방향으로 입사되는 빛은 제1 반사층(124)에 굴절된 후 제2 반사층(129)에 의해 재 굴절되어 패키지 기판(110) 및 몰딩부(150)의 측면으로 출사되게 된다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자의 구동 상태를 촬영한 사진들이다. 이때, 도 5의 (a)는 60mA, 도 5의 (b)는 120mA, 그리고 도 5의 (c)는 350mA를 각각 인가한 상태를 촬영한 사진이다.
도 5의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자의 경우, 전류의 세기에 따라 빛의 밝기에 차이를 보이기는 하나, 발광 다이오드의 양쪽에 각각 배치되는 제1 및 제2 반사층에 의해 빛이 측면으로 방출되는 것을 확인할 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자를 직하형 TV에 적용할 경우, 직하형 TV의 커버 버텀 상에 복수개를 매트릭스 형태로 장착하게 된다.
이 경우, 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자들의 측면으로부터 각각 출사되는 빛이 수직 방향으로 발산되기 때문에 지향각이 대략 180° 정도까지도 확대될 수 있게 된다. 이 결과, 본 발명에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자는 측면 발광 방식으로 빛을 출사하기 때문에 별도의 렌즈를 장착하는 것 없이도 지향각을 대략 180° 정도까지 확대할 수 있게 된다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자는 패키지 기판 상에 발광 다이오드를 플립 타입으로 탑재하고 발광 다이오드와 패키지 기판을 전극 단자와 연결하고, 측면 발광 방식으로 광을 발산하도록 설계함으로써 지향각을 대략 180° 정도까지 확대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자는 렌즈가 필요 없어 경박 단소한 구조를 가지므로 직하형 TV에 탑재할 경우 TV 세트의 두께가 얇아지므로 부피 및 무게의 감소로 슬림해지는 구조적인 이점이 있으며, 또한 슬림화로 인한 물류비 감소가 가능하여 제조업체의 비용 감소로 이어질 수 있다.
이에 더불어, 본 발명에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자는 발광 다이오드의 양쪽에 형성된 제1 및 제2 반사층을 각각 구비하여 빛이 측면으로만 방출되도록 하되, 몰딩부를 패키지 기판의 상면 및 발광 다이오드의 측면, 또는 패키지 기판의 상면, 발광 다이오드의 측면과 제2 반사층의 상면을 덮도록 형성했을 시 발광 다이오드의 상부면에 형성되는 몰딩부(형광체를 포함하는 부분)의 두께와 무관하게, 발광 다이오드의 측면부로만 빛이 방출되므로 상부와 측면부의 몰딩부(형광체를 포함한)의 두께에 따른 색좌표가 달라지는 것을 제거함으로써 화이트 구현을 용이하게 할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 질화물 반도체 발광 소자 105 : 질화물 반도체 발광 칩
110 : 패키지 기판 110a : 패키지 기판의 상면
110b : 패키지 기판의 하면 120 : 발광 다이오드
120a : 발광 다이오드의 상면 120b : 발광 다이오드의 하면
121 : 기판 122 : 발광 구조물
122a : 제1 도전형 질화물층 122b : 활성층
122c : 제2 도전형 질화물층 123 : 투명 전도층
124 : 제1 반사층 125 : 금속 확산 장벽층
126 : 제1 본딩 패드 127 : 제2 본딩 패드
128 : 절연층 129 : 제2 반사층
130 : 전극 단자 150 : 몰딩부
160 : 범프

Claims (14)

  1. 기판 상에 형성된 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 갖는 발광구조물;
    상기 제 2 도전형 질화물층 상부에 형성되는 제1 반사층; 및
    상기 기판 상에 형성된 상기 발광구조물 반대측에 형성되는 제2 반사층을 갖는 발광 다이오드; 및
    상기 발광 다이오드의 측면을 덮는 몰딩부;를 포함하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는
    상기 제2 도전형 질화물층 및 제1 반사층 사이에 개재된 투명 전도층과,
    상기 제1 반사층 상에 형성된 금속 확산 장벽층과,
    상기 제1 도전형 질화물층과 전기적으로 접속된 제1 본딩 패드와,
    상기 제2 도전형 질화물층과 전기적으로 접속된 제2 본딩 패드를 더 포함하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반사층은
    광 반사층 및 금속 산화 방지층을 포함하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반사층은
    Ag 또는 Ni을 포함하는 다층의 금속층인 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 금속 확산 장벽층은
    Cr, Ni, Pt, Ti, Au, Cu 및 W 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 다층의 금속층인 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는
    상기 금속 확산 장벽층 상에 형성된 절연층을 더 포함하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 몰딩부는
    에폭시 수지, 실리콘 수지 및 폴리이미드 수지 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 형성된 수지층, 또는 상기 수지층에 파장 변환 물질이 혼합된 파장 변환층인 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 파장 변환층은
    필름 형상인 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 반사층 각각은
    0.1 ~ 10㎛의 두께를 갖는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 반사층 각각은
    0.1 ~ 5㎛의 두께를 갖는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 반사층 각각은
    티타늄(Ti), 아연(Zn), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 주석(Sn), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 탄탈륨(Ta), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 은(Ag), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 백금(Pt) 및 로듐(Rh) 중 어느 하나, 1종 이상의 화합물, 혼합물, 산화물 또는 황화물 중에서 선택되는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 몰딩부는
    상기 발광 다이오드의 적어도 2개 이상의 면을 덮도록 형성된 측면 발광형 질화물 반도체 발광 칩.
  13. 기판 상에 형성된 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 갖는 발광구조물;
    상기 제 2 도전형 질화물층 상부에 형성되는 제1 반사층; 및
    상기 기판 상에 형성된 상기 발광구조물 반대측에 형성되는 제2 반사층;을 갖는 발광 다이오드;
    상기 발광 다이오드가 플립 본딩되는 패키지 기판;
    상기 패키지 기판에 형성되어, 상기 패키지 기판과 발광 다이오드 칩을 전기적으로 연결하는 전극 단자; 및
    상기 패키지 기판의 상면 및 상기 발광 다이오드의 측면을 덮는 몰딩부;를 포함하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 몰딩부는
    상기 패키지 기판의 상면 및 발광 다이오드의 측면과 더불어, 상기 제2 반사층의 상면을 더 밀봉하도록 형성되고,
    50 ~ 2000㎛의 두께를 갖는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
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