KR20160010176A - 열 방출 효율이 향상된 발광 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
열 방출 효율이 향상된 발광 장치 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 발광 장치는, 발광 다이오드; 및 베이스, 및 상기 베이스 상에 위치하는 도전성 패턴을 포함하고, 상기 발광 다이오드가 실장되는 기판을 포함하되, 상기 발광 다이오드는, 발광 구조체의 하부에 위치하고 도전성 패턴에 접촉하며, 각각 제1 금속층 및 전극층에 전기적으로 연결된 제1 범프 및 제2 범프, 및 상기 발광 구조체의 하부에 위치하며 상기 베이스에 접촉하는 방열 전극을 포함하고, 제1 범프, 제2 범프 및 상기 방열 전극은 서로 이격되고, 방열 전극의 열전도성은 상기 제1 및 제2 범프의 열전도성보다 높다. 이에 따라, 열 방출 효율이 향상되며, 제조 방법이 간단한 발광 장치가 제공된다.
Description
본 발명은 열 방출 효율이 향상된 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 열 방출 전극을 포함하여 효과적으로 열을 방출시킬 수 있는 구조를 갖는 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드는 전자와 정공의 재결합으로 발생하는 광을 발하는 무기 반도체 소자로, 발광 다이오드는 전극이 배치되는 위치, 또는 상기 전극이 외부 리드와 연결되는 방식 등에 따라서 수평형 발광 다이오드, 수직형 발광 다이오드 또는 플립칩(flip-chip)형 발광 다이오드 등으로 분류될 수 있다.
최근 고출력 발광 다이오드에 대한 요구가 증가하면서, 방열 효율이 우수한 대면적 플립칩형 발광 다이오드의 수요가 증가하고 있다. 플립칩형 발광 다이오드는 전극이 직접 2차 기판에 접합되며, 와이어를 이용하지 않으므로, 수평형 발광 다이오드에 비해 열 방출 효율이 매우 높다. 따라서 고밀도 전류를 인가하더라도 효과적으로 열을 2차 기판 측으로 전도시킬 수 있어서, 플립칩형 발광 다이오드는 고출력 발광 다이오드로서 적합하다.
플립칩형 발광 다이오드가 실장되는 2차 기판으로, 일반적으로, 금속을 포함하는 기판이 이용된다. 도 1의 (a) 및 (b)는 종래의 플립칩형 발광 다이오드가 실장되는 2차 기판 및 이를 포함하는 발광 장치를 예시한다.
도 1 (a)의 발광 장치는 절연체(21)에 의해 이격되고 절연된 제1 베이스(23) 및 제2 베이스(25)을 포함하는 2차 기판(20) 상에 플립칩형 발광 다이오드가 실장되는 구성을 포함한다. 상기 발광 다이오드는 발광 구조체(11) 및 발광 구조체(11)의 하부로 연장되어 형성된 제1 전극(13)과 제2 전극(15)을 포함한다. 이때 제1 전극(13)과 제2 전극(15)은 각각 제1 및 제2 베이스(23, 25)에 접촉됨으로써, 발광 다이오드가 기판(20)에 실장된다.
도 1 (a)의 발광 장치에 따르면, 발광 구조체(11)가 제1 및 제2 전극(13, 15)을 통해 2차 기판(20)의 제1 및 제2 베이스(23, 25)에 직접적으로 접촉되므로, 제1 및 제2 전극(13, 15)을 통해 발광 구조체(11)에서 발생한 열이 베이스으로 방출될 수 있다. 그러나 제1 및 제2 전극(13, 15)만을 통해서 발광 구조체(11)의 열을 방출시켜야 하므로, 열 방출에 한계가 있다. 제1 및 제2 전극(13, 15)은 전기적 기능을 동시에 수행해야 하므로 발광 구조체(11)와 접촉하는 단면적에 한계가 있어서, 특히, 고전류로 구동되는 발광 장치의 경우 열을 충분히 외부로 방출시키지 못한다.
도 1 (b)의 발광 장치는 베이스(37) 상에 코팅된 절연층(31), 상기 절연층(31) 상에 서로 절연된 제1 도전성 패턴(33) 및 제2 도전성 패턴(35)을 포함하는 2차 기판(30) 상에 플립칩형 발광 다이오드가 실장되는 구성을 포함한다. 도 1 (b)의 발광 장치에 따르면, 열 방출을 위한 베이스(37) 위에 절연층(31)이 코팅되므로, 절연층(31)에 의해 발광 다이오드에서 발생하는 열이 효과적으로 베이스(37)으로 전달되지 못한다. 이에 따라 발광 다이오드의 열 방출 효율이 저하된다.
또한, 종래의 발광 장치에 있어서, 발광 다이오드의 열 방출 효율을 향상시키기 위하여 전극들의 면적을 상대적으로 크게 형성하는 방법을 이용한다. 그런데 발광 다이오드의 제1 및 제2 전극들을 2차 기판에 실장하기 위하여 일반적으로 솔더 본딩을 수행하는데, 전극들의 면적이 클수록 솔더 본딩 과정에서 전기적 쇼트가 발생할 확률이 높다. 따라서, 발광 장치의 불량이 발생할 수 있으며, 신뢰성 여기 저하될 수 있다.
따라서 플립칩형 발광 다이오드에서 발생한 열을 효과적으로 방출할 수 있는 구조를 갖는 발광 다이오드, 2차 기판 및 이를 포함하는 발광 장치, 그리고 전기적 쇼트를 방지할 수 있는 발광 장치 제조 방법이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 열 방출 효율이 향상된 발광 다이오드 및 이를 포함하는 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 열 방출 효율이 향상된 발광 장치를 단순화된 공정으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 발광 장치는, 발광 다이오드; 및 베이스, 및 상기 베이스 상에 위치하는 도전성 패턴을 포함하고, 상기 발광 다이오드가 실장되는 기판을 포함하되, 상기 발광 다이오드는, 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층의 하면 상에 위치하는 활성층, 및 상기 활성층의 하면 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조체; 상기 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 부분적으로 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층의 하면이 부분적으로 노출된 영역; 상기 제2 도전형 반도체층의 하면 상에 위치하여 오믹 컨택하는 전극층; 상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 영역을 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 오믹 컨택하는 제1 금속층; 상기 제1 금속층과 상기 전극층을 부분적으로 덮는 제1 절연층; 상기 발광 구조체의 하부에 위치하고 상기 도전성 패턴에 접촉하며, 각각 상기 제1 금속층 및 상기 전극층에 전기적으로 연결된 제1 범프 및 제2 범프; 및 상기 발광 구조체의 하부에 위치하며 상기 베이스에 접촉하고, 상기 발광 구조체와 전기적으로 절연된 방열 전극을 포함하고, 상기 제1 도전형 반도체층이 부분적으로 노출된 영역은, 상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 복수의 홀, 및 상기 홀들을 연결하는 적어도 하나의 연결홀을 포함하며, 상기 제1 범프, 제2 범프 및 상기 방열 전극은 서로 이격되고, 상기 방열 전극의 열전도성은 상기 제1 및 제2 범프의 열전도성보다 높다.
이에 따라, 열 방출 효율이 향상된 발광 장치가 제공될 수 있다.
상기 발광 다이오드는, 상기 제1 범프, 제2 범프 및 상기 방열 전극의 측면을 덮는 절연 물질부를 더 포함할 수 있다.
상기 절연 물질부의 하면, 상기 제1 범프의 하면, 상기 제2 범프의 하면 및 상기 방열 전극의 하면은 서로 동일한 높이로 나란하게 형성될 수 있다.
상기 베이스는 돌출부를 포함할 수 있고, 상기 돌출부의 상면, 상기 금속패턴의 상면은 서로 동일한 높이로 나란하게 형성될 수 있다.
상기 제1 범프, 제2 범프 및 방열 전극은 솔더를 포함할 수 있다.
상기 방열 전극은 상기 제1 범프와 상기 제2 범프의 사이에 위치할 수 있다.
또한, 상기 도전성 패턴은 상기 제1 범프에 접촉하는 제1 도전성 패턴, 및 상기 제2 범프에 접촉하는 제2 도전성 패턴을 포함할 수 있고, 상기 베이스는 상기 제1 및 제2 도전성 패턴 사이에 위치하는 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드는, 상기 발광 구조체와 상기 방열 전극 사이에 위치하는 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 범프는 상기 도전성 패턴과 직접적으로 접착될 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 베이스과 상기 도전성 패턴 사이에 위치하는 절연 패턴을 더 포함할 수 있고, 상기 베이스 및 상기 도전성 패턴은 금속을 포함할 수 있다.
상기 전극층은 단일체로 이루어질 수 있다.
상기 제1 범프와 제2 범프는 각각 상기 제1 금속층의 일부 및 상기 전극층의 일부와 직접적으로 접촉할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 발광 다이오드는, 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층의 하면 상에 위치하는 활성층, 및 상기 활성층의 하면 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조체; 상기 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 부분적으로 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층의 하면이 부분적으로 노출된 영역; 상기 제2 도전형 반도체층의 하면 상에 위치하여 오믹 컨택하는 전극층; 상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 영역을 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 오믹 컨택하는 제1 금속층; 상기 제1 금속층과 상기 전극층을 부분적으로 덮는 제1 절연층; 상기 발광 구조체의 하부에 위치하고, 각각 상기 제1 금속층 및 상기 전극층에 전기적으로 연결된 제1 범프 및 제2 범프; 및 상기 발광 구조체의 하부에 위치하고, 상기 발광 구조체와 전기적으로 절연된 방열 전극을 포함하고, 상기 제1 도전형 반도체층이 부분적으로 노출된 영역은, 상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 복수의 홀, 및 상기 홀들을 연결하는 적어도 하나의 연결홀을 포함하고, 상기 제1 범프, 제2 범프 및 상기 방열 전극은 서로 이격되고, 상기 방열 전극의 열전도성은 상기 제1 및 제2 범프의 열전도성보다 높다.
상기 발광 다이오드는, 상기 제1 범프, 제2 범프 및 상기 방열 전극의 측면을 덮는 절연 물질부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 범프, 제2 범프, 및 방열 전극은 솔더를 포함할 수 있다.
상기 방열 전극은 상기 제1 범프 및 상기 제2 범프 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 발광 장치 제조 방법은, 베이스, 상기 베이스 상에 위치하는 도전성 패턴을 포함하는 기판 상에 발광 다이오드를 실장하는 것을 포함하되, 상기 발광 다이오드는, 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층의 하면 상에 위치하는 활성층, 및 상기 활성층의 하면 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조체; 상기 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 부분적으로 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층의 하면이 부분적으로 노출된 영역; 상기 제2 도전형 반도체층의 하면 상에 위치하여 오믹 컨택하는 전극층; 상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 영역을 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 오믹 컨택하는 제1 금속층; 상기 제1 금속층과 상기 전극층을 부분적으로 덮는 제1 절연층; 상기 발광 구조체의 하부에 위치하고 상기 도전성 패턴에 접촉하며, 각각 상기 제1 금속층 및 상기 전극층에 전기적으로 연결된 제1 범프 및 제2 범프; 및 상기 발광 구조체의 하부에 위치하며 상기 베이스에 접촉하고, 상기 발광 구조체와 전기적으로 절연된 방열 전극을 포함하고, 상기 제1 도전형 반도체층이 부분적으로 노출된 영역은, 상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 복수의 홀, 및 상기 홀들을 연결하는 적어도 하나의 연결홀을 포함하고, 상기 제1 범프, 제2 범프 및 상기 방열 전극은 서로 이격되고, 상기 방열 전극의 열전도성은 상기 제1 및 제2 범프의 열전도성보다 높다.
상기 발광 다이오드는, 상기 제1 범프, 제2 범프 및 상기 방열 전극의 측면을 덮는 절연 물질부를 더 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드를 상기 기판에 실장하는 것은, 상기 발광 다이오드를 기판의 소정 영역 상에 배치하되, 상기 제1 범프, 제2 범프 및 방열 전극을 상기 기판 상에 접촉시키고; 상기 제1 범프, 제2 범프 및 방열 전극을 상기 솔더의 녹는점 이상으로 가열하고; 및 상기 솔더를 냉각하는 것을 포함할 수 있다.
상기 베이스는 돌출부를 포함할 수 있고, 상기 제1 범프 및 제2 범프는 상기 도전성 패턴 상에 배치되고, 상기 방열 전극은 상기 돌출부 상에 배치될 수 있다.
상기 돌출부의 상면과 상기 도전성 패턴의 상면은 서로 동일한 높이로 나란하게 형성될 수 있다.
상기 기판은 상기 도전성 패턴과 상기 베이스 사이에 위치하는 절연 패턴을 더 포함할 수 있고, 상기 도전성 패턴과 상기 베이스는 금속을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상대적으로 열 전도성이 높은 방열 전극을 포함하여 열 방출 효율이 향상된 발광 다이오드 및 이를 포함하는 발광 장치가 제공된다. 또한, 범프들 및 방열 전극 솔더를 포함하여 발광 장치 제조 공정이 단순화될 수 있고, 제조된 발광 장치의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 1은 종래의 발광 장치를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 상기 발광 장치는 발광 다이오드(100) 및 기판(200)을 포함한다. 발광 다이오드(100)는 기판(200) 상에 위치할 수 있다.
발광 다이오드(100)는 발광 구조체(120), 제1 범프(161), 제2 범프(163) 및 방열 전극(170)을 포함한다. 나아가, 발광 다이오드(100)는 절연층(150) 및 절연 물질부(180)를 더 포함할 수 있다. 한편, 기판(200)은 베이스(210), 도전성 패턴(230)을 포함할 수 있고, 또한, 베이스(210)와 도전성 패턴(230) 사이의 적어도 일부 영역에 위치하는 절연 패턴(200)을 더 포함할 수 있다.
먼저, 발광 다이오드(100)와 관련하여 설명한다.
발광 구조체(120)는 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함하여, 발광할 수 있는 구조를 포함한다. 발광 구조체(120)의 구조는, 그 하부 방향으로 제1 범프(161)와 제2 범프(163)가 전기적으로 연결될 수 있는 구조이면 특별히 제한되지 않는다. 발광 다이오드(100) 및 발광 구조체(120)의 구체적인 구조에 관하여는, 도 4 내지 도 7을 참조하여 후술하여 설명한다.
제1 범프(161) 및 제2 범프(163)는 발광 구조체의(120)의 하부에 위치할 수 있다. 제1 범프(161) 및 제2 범프(163)는 서로 이격되어 절연되고, 서로 다른 극성으로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 범프(161)는 발광 구조체(120)의 N형 반도체층과 전기적으로 연결되고, 제2 범프(163)는 발광 구조체(120)의 P형 반도체층과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 범프(161)는 발광 구조체(120) 하면의 일 측에 인접하여 배치될 수 있고, 이에 대응하여 제2 범프(163)는 발광 구조체(120) 하면의 타 측에 인접하여 배치될 수 있다. 이 경우, 도시된 바와 같이, 제1 범프(161)와 제2 범프(163) 사이 영역에 소정의 공간이 제공될 수 있다. 상기 소정의 공간에는 방열 전극(170)이 배치될 수 있다. 따라서, 방열 전극(170)은 제1 범프(161)와 제2 범프(163)의 사이에 배치될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 범프(161, 163)와 방열 전극(170)의 배치 형태는 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 제1 범프(161)와 제2 범프(163)는 금속과 같은 도전성 물질을 포함할 수 있고, 특히, 솔더를 포함할 수 있다. 솔더는 통상의 기술자에게 알려진 일반적인 솔더일 수 있으며, Sn, Cu, Ag, Bi, In, Zn, Sb, Pb 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 솔더는 Sn-Ag-Cu계 솔더일 수 있다.
또한, 제1 범프(161)와 제2 범프(163) 각각은 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다. 제1 범프(161)와 제2 범프(163)가 단일층으로 이루어진 경우, 제1 범프(161)와 제2 범프(163) 각각은 솔더로 형성될 수 있다. 이와 달리, 제1 범프(161)와 제2 범프(163)가 다중층으로 이루어진 경우, 최하부에는 솔더층이 배치될 수 있다. 이때, 상기 솔더층은 기판(200)의 도전성 패턴(230)과 접촉 및 본딩될 수 있다.
방열 전극(170)은 발광 구조체(120)의 하부에 위치할 수 있고, 발광 구조체(120)와 물리적으로 연결될 수 있다. 방열 전극(170)은 발광 구조체(120)에서 발생한 열을 발광 구조체(120)로부터 외부로 방출시키는 역할을 할 수 있다.
방열 전극(170)은 상대적으로 높은 열전도성을 갖는 물질을 포함할 수 있고, 특히, 방열 전극(170)의 열전도성은 제1 및 제2 범프(161, 163)의 열전도성보다 높을 수 있다. 방열 전극(170)은 금속을 포함할 수 있으며, 또한, 솔더를 포함할 수 있다. 솔더는 통상의 기술자에게 알려진 일반적인 솔더일 수 있으며, Sn, Cu, Ag, Bi, In, Zn, Sb, Pb 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 솔더는 Sn-Ag-Cu계 솔더일 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 방열 전극(170)의 솔더는 제1 범프(161) 및 제2 범프(163)보다 높은 열전도성을 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 방열 전극(170)은 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다. 방열 전극(170)이 다중층으로 이루어진 경우, 최하부에는 솔더층이 배치될 수 있다. 이때, 상기 솔더층은 기판(200)의 베이스(210)와 접촉 및 본딩될 수 있다.
방열 전극(170)은 물리적으로 발광 구조체(120)와 연결되므로, 방열 전극(170)의 면적이 클수록 열 방출 효율이 증가할 수 있다. 따라서, 방열 전극(170)이 발광 구조체(120)와 접촉하는 면적은 제1 범프(161) 및/또는 제2 범프(163)가 발광 구조체(120)와 접촉하는 면적보다 클 수 있다. 또한, 방열 전극(170)의 열전도성은 제1 및 제2 범프(161, 163)의 열전도성보다 높을 수 있으므로, 발광 장치의 열 방출 효율이 더욱 향상될 수 있다. 또한, 방열 전극(170)은 제1 범프(161)와 제2 범프(163)의 사이에 위치하여 발광 구조체(120)의 중앙 부분 아래에 위치할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 방열 전극(170), 제1 범프(161) 및 제2 범프(163)의 배치는 다양하게 변경될 수 있다.
나아가, 발광 다이오드(100)는 절연층(150)을 더 포함할 수 있고, 절연층(150)에 의해 발광 구조체(120)와 방열 전극(170)이 절연될 수 있다. 절연층(150)은 SiOx, SiNx와 같은 실리콘 계열 절연물질을 포함할 수 있고, 또한, 열전도성이 우수한 다른 절연성 물질을 포함할 수도 있다. 또한, 굴절률이 서로 다른 유전체층이 적층된 분포브래그반사기를 포함할 수도 있다.
이와 같이, 방열 전극(170)이 절연층(150)에 의해 발광 구조체(120)와 절연됨으로써, 상기 발광 장치 동작시 방열 전극(170)에 의해 쇼트와 같은 전기적인 문제가 발생하는 것을 최소화할 수 있다. 동시에, 절연층(150)을 사이에 두고, 방열 전극(170)과 발광 구조체(120)가 물리적으로 연결됨으로써, 발광 구조체(120)에서 발생된 열이 효과적으로 방열 전극(170)으로 전도되어 발광 다이오드(100)의 열 방출 효율이 향상될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 제1 범프(161), 제2 범프(163) 및 방열 전극(170)이 솔더를 포함한다. 따라서, 발광 다이오드(100)를 기판(200)에 실장하는 공정에서, 발광 다이오드(100)를 기판(200)의 소정 영역 상에 배치하고 온도를 솔더의 녹는점 이상으로 가열한 후 냉각시키는 공정만으로 발광 다이오드(100)가 기판(200)에 본딩될 수 있다.
구체적으로, 도 3을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치 제조 방법을 설명한다.
도 3을 참조하면, 베이스(210) 및 도전성 패턴(230)을 포함하는 기판(200) 상에 발광 다이오드(100)를 배치한다. 이때, 발광 다이오드(100)는 베이스(210)의 돌출부에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 베이스(210)가 돌출부를 포함함으로써, 상기 돌출부가 발광 다이오드(100)의 실장 영역을 표시하는 역할을 할 수 있다. 따라서, 발광 다이오드(100) 실장을 위한 공정에서 발광 다이오드(100)를 배치하는 공정이 용이해질 수 있다.
이후, 온도를 솔더의 녹는점 이상의 가열한 후 냉각시키면, 제1 범프(161), 제2 범프(163) 및 방열 전극(170)에 포함된 솔더가 용해되었다가 냉각되면서 발광 다이오드(100)를 기판(200) 상에 접착시킨다. 특히, 절연 물질부(180)가 형성된 경우, 제1 범프(161), 제2 범프(163) 및 방열 전극(170)이 측면으로 흐르거나 형태가 변형되지 않아, 공정의 신뢰성이 향상될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 발광 다이오드(100)와 기판(200)을 본딩하기 위한 별도의 구성이 생략될 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드(100)와 기판(200) 사이에 솔더나 접착제를 추가로 배치하여 이들을 본딩할 필요가 없다. 따라서, 솔더링 공정 등에서 발생할 수 있는 전기적 쇼트와 같은 문제가 발생하는 것을 최소화할 수 있으며, 발광 다이오드(100)를 기판(200)에 실장하는 공정이 매우 간단해질 수 있다. 또한, 솔더링과 같은 본딩 공정에 의해 발생할 수 있는 불량이 방지될 수 있어서, 제조된 발광 장치의 신뢰성이 향상될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 발광 다이오드(100)는 제1 범프(161), 제2 범프(163) 및 방열 전극(170)의 측면을 감싸는 절연 물질부(180)를 더 포함할 수 있다.
절연 물질부(180)는 전기적으로 절연성을 가지며, 제1 범프(161), 제2 범프(163) 및 방열 전극(170)의 측면을 덮어, 효과적으로 이들을 서로 절연시킨다. 동시에, 절연 물질부(180)는 제1 범프(161), 제2 범프(163) 및 방열 전극(170)을 지지하는 역할을 할 수 있다. 따라서, 발광 다이오드(100)를 기판(200)에 실장하는 과정에서 제1 범프(161), 제2 범프(163) 및 방열 전극(170)에 포함된 솔더가 녹아 서로 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
절연 물질부(180)의 하면은 제1 범프(161), 제2 범프(163) 및 방열 전극(170)의 하면들과 대체로 동일한 높이로 나란하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 발광 다이오드(100)가 기판(200) 상에 더욱 안정적으로 실장되도록 할 수 있다.
절연 물질부(180)는 수지를 포함할 수 있다. 상기 수지는 Si 또는 다양한 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 또한, 절연 물질부(180)는 광 반사성을 가질 수 있으며, 절연 물질부(180)가 수지를 포함하는 경우에, 상기 수지는 Si를 포함하는 반사성 수지일 수 있다. 또는, 상기 수지는 TiO2입자와 같은 광 반사성 및 광 산란 입자를 포함할 수도 있다. 절연 물질부(180)가 반사성을 가짐으로써, 발광 구조체(120)로부터 방출된 광이 상부로 반사되어 발광 장치의 광 효율이 향상될 수 있다.
또한, 절연 물질부(180)는 발광 구조체(120)의 측면을 더 덮을 수도 있으며, 이 경우, 발광 다이오드(100)의 발광 각도가 달라질 수 있다. 즉, 절연 물질부(180)가 발광 구조체(120)의 측면을 더 덮는 경우, 발광 다이오드(100)의 측면으로 방출된 광 중 일부가 상부로 반사될 수 있다. 따라서 절연 물질부(180)가 발광 구조체(120)의 측면에도 형성되면 발광 다이오드(100)의 상부로 향하는 광의 비율이 높아진다. 이와 같이, 절연 물질부(180)가 배치되는 영역을 조절함으로써, 발광 다이오드(100)의 발광 각도를 조절할 수 있다.
기판(200)은 베이스(210), 도전성 패턴(230)을 포함하고, 나아가, 절연 패턴(220)을 더 포함할 수 있다.
베이스(210)는 기판(200)의 지지체 역할을 할 수 있고, 특히, 열전도성이 우수한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스(210)는 열전도성이 우수한 금속물질을 포함할 수 있고, Ag, Cu, Au, Al, Mo 등을 포함할 수 있다. 또한, 베이스(210)는 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 베이스(210)는 열전도성이 우수한 세라믹 물질 또는 폴리머 물질을 포함할 수도 있다.
또한, 베이스(210)는 방열 전극(170)과 직접적으로 접촉될 수 있다. 나아가, 베이스(210)는 돌출부를 포함할 수 있고, 상기 돌출부는 발광 다이오드(100)의 방열 전극(170)과 접촉된다. 상기 돌출부의 상면은 도전성 패턴(230)의 상면과 대체로 동일한 높이로 나란할 수 있다. 이에 따라, 발광 다이오드(100)가 기판(200)에 실장될 때, 베이스(210)와 방열 전극(170)이 안정적으로 접촉될 수 있다.
방열 전극(170)이 열 전도성이 우수한 물질을 포함하는 베이스(210)와 직접적으로 접촉됨으로써, 발광 다이오드(100)의 발광시 발생하는 열이 효과적으로 베이스(210)로 전도될 수 있다. 따라서, 발광 장치의 열 방출 효율이 향상될 수 있다.
본 발명에 따르면, 발광 구조체(120)에 물리적으로 연결된 방열 전극(170)과 기판(200)의 베이스(210)가 물리적으로 연결되어, 발광 열이 매우 효과적으로 방출될 수 있다. 즉, 종래에 기판의 베이스와 발광 다이오드 간에 열전도성이 떨어지는 문제가 해결될 수 있다.
도전성 패턴(230)은 베이스(210) 상에 위치할 수 있고, 베이스(210)와 절연될 수 있다. 도전성 패턴(230)은 제1 및 제2 범프(161, 163)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 도전성 패턴(230)은 제1 범프(161)에 전기적으로 연결되는 제1 도전성 패턴 및 제2 범프(163)에 전기적으로 연결되는 제2 도전성 패턴을 포함할 수 있고, 제1 및 제2 도전성 패턴은 서로 절연될 수 있다. 도시된 바와 같이, 도전성 패턴(230) 상에는 제1 범프(161) 및 제2 범프(163)가 위치하여, 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
베이스(210)가 금속과 같이 전기 전도성을 갖는 물질을 포함하는 경우, 절연 패턴(220)이 베이스(210)와 도전성 패턴(230) 사이에 위치하여 베이스(210)와 도전성 패턴(230)을 절연시킬 수 있다. 또한, 베이스(210)가 돌출부를 포함하는 경우, 도전성 패턴(230)과 돌출부는 이격되어 절연될 수 있다. 나아가, 베이스(210)의 돌출부와 도전성 패턴(230) 사이에 절연성 물질(미도시)이 개재될 수도 있다.
이와 달리, 베이스(210)가 세라믹 물질이나 폴리머 물질을 포함하여 전기적으로 절연성을 갖는 경우에는, 절연 패턴(220)은 생략될 수도 있다.
다만, 본 발명이 이에 한정되지 않으며, 도전성 패턴(230)은 복수로 형성될 수도 있다. 도전성 패턴(230)은 발광 다이오드(100)의 범프들의 개수 및 형태 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 도전성 패턴(230)은 전기적 회로와 같은 역할을 할 수도 있고, 발광 장치의 리드와 같은 역할을 할 수도 있다.
한편, 도전성 패턴(230)은 제1 및 제2 범프(161, 163)에 대응하는 위치에 배치될 수 있고, 베이스(210)의 돌출부는 방열 전극(170)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 나아가, 도전성 패턴(230)의 상면과 상기 돌출부의 상면은 대체로 동일한 높이로 나란하게 형성될 수 있다. 따라서, 발광 다이오드(100)가 기판(200) 상면에 안정적으로 실장될 수 있다. 도전성 패턴(230)은, 예를 들어, 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판(200)은 베이스(210) 상에 절연 패턴(220) 및 도전성 패턴(230)이 배치된 형태를 갖는다. 따라서, 종래에 베이스들 사이에 절연층을 패터닝해야하는 공정이 생략되어 발광 장치의 제조 단가가 저렴해질 수 있다. 또한, 베이스(210)가 돌출부를 포함하여 발광 다이오드(100)의 방열 전극(170)과 직접적으로 접촉되어, 베이스(210)와 발광 다이오드(100) 간의 접촉 면적이 증가되므로 열 방출 효율이 매우 향상될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 기판(200) 상에 하나의 발광 다이오드(100)가 실장된 것으로 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 발광 장치는 기판(200) 상에 복수의 발광 다이오드(100)가 실장된 구성을 포함할 수도 있다. 복수의 발광 다이오드(100)들은 서로 직렬, 병렬, 또는 역병렬 등으로 전기적 연결을 구성할 수 있다. 복수의 발광 다이오드(100)들 간의 전기적 연결은 도전성 패턴(230)에 의해 제공될 수 있으며, 이때, 도전성 패턴(230)은 전기적 회로와 같은 역할을 할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 발광 장치는 다양한 형태의 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 먼저, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다. 도 4의 실시예에서, 도 2를 참조하여 설명한 구성과 동일한 참조번호를 갖는 구성에 대해서는 이하 상세한 설명을 생략한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드(100a)는 플립칩형 발광 다이오드일 수 있다. 상기 발광 다이오드(100a)는 발광 구조체(120), 제1 범프(161), 제2 범프(163) 및 방열 전극(170)을 포함하고, 나아가, 제1 전극 패드(141), 제2 전극 패드(131) 및 절연층(150')을 더 포함할 수 있다.
발광 구조체(120)는 제1 도전형 반도체층(121), 제2 도전형 반도체층(125) 및 제1 도전형 반도체층(121)과 제2 도전형 반도체층(125)의 사이에 위치하는 활성층(123)을 포함할 수 있다. 발광 구조체(120)는 제2 도전형 반도체층(125) 및 활성층(123)을 포함하는 메사를 포함할 수 있고, 상기 메사가 형성되지 않는 부분에 제1 도전형 반도체층(121)이 부분적으로 노출될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)은 Ⅲ-Ⅴ 계열 화합물 반도체를 포함할 수 있고, 예를 들어, (Al, Ga, In)N과 같은 질화물계 반도체를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(121)은 n형 불순물 (예를 들어, Si)을 포함할 수 있고, 제2 도전형 반도체층(125)은 p형 불순물 (예를 들어, Mg)을 포함할 수 있다. 또한, 그 반대일 수도 있다. 활성층(123)은 다중양자우물 구조(MQW)를 포함할 수 있다.
제1 전극 패드(141)는 제1 도전형 반도체층(121)이 노출된 영역 상에 위치하며, 제1 범프(161)와 제1 도전형 반도체층(121) 사이에 위치할 수 있다. 유사하게, 제2 전극 패드(143)는 제2 도전형 반도체층(125) 상에 위치하며, 제2 범프(163)와 제2 도전형 반도체층(125) 사이에 위치할 수 있다. 제1 전극 패드(141)와 제2 전극 패드(143)는 각각 제1 도전형 반도체층(121) 및 제2 도전형 반도체층(125)과 오믹 컨택을 형성할 수 있다.
또한, 발광 다이오드(100a)는 절연층(150')을 더 포함할 수 있으며, 절연층(150')은 발광 구조체(120)와 방열 전극(170) 사이에 배치될 수 있다. 나아가, 절연층(150')은 발광 구조체(120)의 하면 및 제1 전극 패드(141)와 제2 전극 패드(143)의 측면을 덮어 발광 구조체(120) 외부로부터 보호할 수 있다. 절연층(150')은 도 2의 실시예에 따른 절연층(150) 유사한 물질을 포함할 수 있다.
한편, 도 4의 발광 다이오드(100a)는 성장 기판이 제거된 것으로 도시되어 있으나, 이와 달리, 발광 다이오드(100a)는 제1 도전형 반도체층(121) 상에 위치하는 성장 기판을 더 포함할 수 있다. 이때, 성장 기판은 발광 구조체(120)를 성장시킬 수 있는 기판이면 한정되지 않으며, 예를 들어, 예를 들어, 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, 실리콘 기판, 질화갈륨 기판, 질화알루미늄 기판 등일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 일반적인 플립칩형 발광 다이오드(100a)의 발광 구조체(120) 하부에 제1 범프(161), 제2 범프(163) 및 방열 전극(170)이 형성됨으로써, 종래의 플립칩형 발광 다이오드의 구조를 변경하지 않고도 열 방출 효율이 향상된 발광 다이오드가 제공될 수 있다. 나아가, 상기 도 4의 발광 다이오드(100a)가 기판(200) 상에 배치되어 열 방출 효율이 우수한 발광 장치가 제공될 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다. 도 5의 (a)는 복수의 홀(120a) 및 연결홀(120b)의 위치를 예시하기 위한 평면도이고, 도 5의 (b)는 발광 다이오드(100b)의 하면을 도시하는 평면도이다. 도 6 및 도 7은 각각 도 5의 평면도에서 A-A선 및 B-B선에 따른 단면을 도시한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 발광 다이오드(100b)는 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 포함하는 발광 구조체(120), 전극층(130), 제1 금속층(141), 제1 절연층(151), 제1 범프(161), 제2 범프(163) 및 방열 전극(170)을 포함한다. 나아가, 발광 다이오드(100b)는 제2 절연층(153), 절연 물질부(180)를 더 포함할 수 있다.
발광 구조체(120)는 제1 도전형 반도체층(121), 제1 도전형 반도체층(121) 상에 위치하는 활성층(123), 및 활성층(123) 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층(125)을 포함할 수 있다. 또한, 발광 구조체(120)는 제2 도전형 반도체층(125) 및 활성층(123)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(121)이 부분적으로 노출된 복수의 홀(120a)을 포함할 수 있으며, 나아가, 상기 복수의 홀(120a)들을 연결하는 적어도 하나의 연결홀(120b)을 더 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)은 Ⅲ-Ⅴ 계열 화합물 반도체를 포함할 수 있고, 예를 들어, (Al, Ga, In)N과 같은 질화물계 반도체를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(121)은 n형 불순물 (예를 들어, Si)을 포함할 수 있고, 제2 도전형 반도체층(125)은 p형 불순물 (예를 들어, Mg)을 포함할 수 있다. 또한, 그 반대일 수도 있다. 활성층(123)은 다중양자우물 구조(MQW)를 포함할 수 있다.
복수의 홀(120a)은 활성층(123)과 제2 도전형 반도체층(125)이 부분적으로 제거되어 제1 도전형 반도체층(121)의 상면이 부분적으로 노출됨으로써 형성될 수 있다. 복수의 홀(120a)의 개수 및 배치 위치는 제한되지 않는다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 복수의 홀(120a)들은 발광 구조체(120)의 전체에 걸쳐 배치될 수 있다.
또한, 복수의 홀(120a)들은 활성층(123)과 제2 도전형 반도체층(125)이 부분적으로 제거되어 제1 도전형 반도체층(121)의 상면이 부분적으로 노출된 적어도 하나의 연결홀(120b)에 의해 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 홀(120a)들은 복수의 연결홀(120b)들에 의해 서로 연결될 수 있고, 특히, 모든 홀들(120a)이 연결될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 제1 금속층(140)은 홀(120a)들을 통해 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹 컨택될 수 있다. 따라서, 홀(120a)들이 발광 구조체(120)의 전체에 대해서 복수 개로 배치됨으로써, 발광 구조체(120) 전체에 대해서 전류가 대체로 균일하게 분산되도록 할 수 있다. 나아가, 복수의 홀(120a)들이 연결홀(120b)에 의해 서로 연결됨으로써, 특정 홀(120a)에 전류가 집중되지 않고 발광 구조체(120) 전체에 대해 전류가 대체로 균일하게 분산될 수 있다.
또한, 발광 구조체(120)의 그 상면의 거칠기가 증가되어 형성된 러프니스(R)를 포함할 수 있다. 러프니스(R)는 건식 식각 및/또는 습식 식각을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, KOH 및 NaOH 중 적어도 하나를 포함하는 용액을 이용하여 발광 구조체(120)의 상면을 습식 식각함으로써 러프니스(R)가 형성될 수 있으며, 또는 PEC 식각을 이용할 수도 있다. 또한, 건식 식각과 습식 식각을 조합하여 러프니스(R)를 형성할 수도 있다. 상술한 러프니스(R)를 형성하는 방법들은 예시들에 해당하며, 통상의 기술자에게 공지된 다양한 방법을 이용하여 발광 구조체(120) 표면에 러프니스(R)를 형성할 수 있다. 발광 구조체(120)의 표면에 러프니스(R)를 형성함으로써, 발광 다이오드(100b)의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 금속층(141)은 홀(120a)들을 통해서 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹 컨택되므로, 제1 도전형 반도체층(121)과 연결된 전극 등을 형성하기 위하여 활성층(123)이 제거되는 영역이 복수의 홀(120a)들에 대응하는 영역과 동일하다. 따라서, 제1 도전형 반도체층(121)과 금속층의 오믹 컨택을 위한 영역이 최소화될 수 있고, 전체 발광 구조체의 수평 면적에 대한 발광 영역의 면적 비율이 상대적으로 큰 발광 다이오드가 제공될 수 있다.
전극층(130)은 제2 도전형 반도체층(125) 상에 위치한다. 전극층(130)은 제2 도전형 반도체층(125)의 하면을 부분적으로 덮고, 오믹 컨택될 수 있다. 또한, 전극층(130)은 제2 도전형 반도체층(125)의 하면을 전반적으로 덮도록 배치될 수 있으며, 단일체로 형성될 수 있다. 즉, 전극층(130)은 복수의 홀(120a) 및 연결홀(120b)이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역을 거의 전체적으로 덮도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 발광 구조체(120)의 전체에 대해 전류를 균일하게 공급하여, 전류 분산 효율이 향상될 수 있다.
다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전극층(130)이 일체로 형성되지 않고, 복수의 단위 전극층들이 제2 도전형 반도체층(125)의 하면 상에 배치될 수도 있다.
전극층(130)은 반사층 및 상기 반사층을 덮는 커버층을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 전극층(130)은 제2 도전형 반도체층(125)과 오믹 컨택되는 것과 더불어, 광을 반사시키는 기능을 할 수 있다. 따라서, 상기 반사층은 높은 반사도를 가지면서 제2 도전형 반도체층(125)과 오믹 접촉을 형성할 수 있는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반사층은 Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Ag 및 Au 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 반사층은 단일층 또는 다중층을 포함할 수 있다.
상기 커버층은 상기 반사층과 다른 물질 간의 상호 확산을 방지할 수 있고, 외부의 다른 물질이 상기 반사층에 확산하여 상기 반사층이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 커버층은 상기 반사층의 하면 및 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 커버층은 상기 반사층과 함께 제2 도전형 반도체층(125)과 전기적으로 연결될 수 있어서, 상기 반사층과 함께 일종의 전극 역할을 할 수 있다. 상기 커버층은, 예를 들어, Au, Ni, Ti, Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단일층 또는 다중층을 포함할 수도 있다.
이와 달리, 전극층(130)은 다른 도전성 물질을 포함할 수 있고, 투명 전극을 포함할 수 있다. 상기 투명 전극은, 예를 들어 ITO, ZnO, AZO 및 IZO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 발광 다이오드(100b)는 제1 절연층(151)을 더 포함할 수 있다. 제1 절연층(151)은 발광 구조체(120)의 하면 및 반사 금속층(131)을 부분적으로 덮을 수 있다. 또한, 제1 절연층(151)은 연결홀(120b)을 부분적으로 채워, 연결홀(120b)에 노출된 제1 도전형 반도체층(121)과 제1 금속층(130) 사이에 개재될 수 있으며, 복수의 홀(120a)을 제외한 영역에서 제1 금속층(130)과 반사 금속층(130) 사이에 개재될 수 있다. 또한, 제1 절연층(151)은 복수의 홀(120a)들의 측면을 덮되, 홀(120a)의 상면을 노출시켜 제1 도전형 반도체층(121)을 부분적으로 노출시킬 수 있다. 나아가, 제1 절연층(151)은 발광 구조체(120)의 측면을 더 덮을 수 있다.
제1 절연층(151)은 복수의 홀(120a)들에 대응하는 부분에 위치하는 제1 개구부(151a)와 전극층(130)의 일부를 노출시키는 제2 개구부(151b)를 포함할 수 있다. 제1 개구부(151a) 및 홀(120a)들을 통해 제1 도전형 반도체층(121)이 부분적으로 노출될 수 있고, 제2 개구부(151b)를 통해 전극층(130)이 부분적으로 노출될 수 있다.
제1 절연층(151)은 절연성의 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, SiO2 또는 SiNx을 포함할 수 있다. 나아가, 제1 절연층(151)은 다중층을 포함할 수 있고, 굴절률이 다른 물질이 교대로 적층된 분포 브래그 반사기를 포함할 수도 있다.
제1 금속층(140)은 발광 구조체(120) 하면 상에 위치할 수 있으며, 복수의 홀(120a) 및 또는 제1 개구부(151a)들을 채워 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹 컨택할 수 있다. 제1 금속층(140)은 제1 절연층(151) 하면의 일부 영역을 제외한 다른 부분을 전체적으로 덮도록 형성될 수 있다. 또한, 도시된 바와 달리, 발광 구조체(120)의 측면까지 덮도록 형성될 수도 있다. 제1 금속층(140)이 발광 구조체(120)의 측면에도 형성되는 경우, 활성층(123)으로부터 측면으로 방출되는 광을 상부로 반사시켜 발광 다이오드(100b)의 상면으로 방출되는 광의 비율을 증가시킬 수 있다. 한편, 제1 금속층(140)은 제1 절연층(151)의 제2 개구부(151b)에 대응하는 영역에는 위치하지 않고, 반사 금속층(130)과 이격되어 절연된다.
제1 금속층(140)이 일부 영역을 제외하고 발광 구조체(120)의 하면을 전반적으로 덮도록 형성됨으로써, 전류 분산 효율이 더욱 향상될 수 있다. 또한, 전극층(130)에 의해 덮이지 않는 부분을 제1 금속층(140)이 커버할 수 있으므로, 광을 더욱 효과적으로 반사시켜 발광 다이오드(100b)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
제1 금속층(140)은 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹 컨택함과 아울러, 광을 반사시키는 역할을 할 수 있다. 따라서, 제1 금속층(140)은 Al층과 같은 고반사 금속층을 포함할 수 있으며, 상기 고반사 금속층은 Ti, Cr 또는 Ni 등의 접착층 상에 형성될 수 있다.
발광 다이오드(100b)는 제2 절연층(153)을 더 포함할 수 있고, 제2 절연층(153)은 제1 금속층(140)을 덮을 수 있다. 제2 절연층(153)은 제1 금속층(140)을 부분적으로 노출시키는 제3 개구부(153a), 및 전극층(130)을 부분적으로 노출시키는 제4 개구부(153b)를 포함할 수 있다. 이때, 제4 개구부(153b)는 제2 개구부(151b)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
제3 및 제4 개구부(153a, 153b)는 하나 이상 형성될 수 있다. 또한, 제3 개구부(153a)가 발광 다이오드(100b)의 일 측 모서리에 인접하여 위치하는 경우, 제4 개구부(153b)는 타 측 모서리에 인접하도록 위치할 수 있다.
제2 절연층(153)은 절연성의 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, SiO2 또는 SiNx을 포함할 수 있다. 나아가, 제2 절연층(153)은 다중층을 포함할 수 있고, 굴절률이 다른 물질이 교대로 적층된 분포 브래그 반사기를 포함할 수도 있다.
제1 범프(161)는 제2 절연층(153)의 하면 상에 위치할 수 있고, 제3 개구부(153a)를 통해 제1 금속층(140)과 전기적으로 접속된다. 제2 범프(163)는 제2 절연층(153)의 하면 상에 위치할 수 있으며, 제4 개구부(153b)를 통해 전극층(130)과 전기적으로 접속된다. 이에 따라, 제1 및 제2 범프(161, 163)는 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(121, 125)과 전기적으로 연결된다. 따라서 제1 및 제2 패드(161, 163)는 발광 다이오드에 외부로부터 전원을 공급하는 전극 역할을 할 수 있다.
방열 전극(170)은 제2 절연층(153)의 하면 상에 위치할 수 있고, 발광 구조체(120)의 하부에 위치할 수 있다. 방열 전극(170)은 발광 구조체(120)와 물리적으로 연결되어 발광 구조체(120)에서 발생된 열을 발광 구조체(120)로부터 외부로 방출시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 방열 전극(170)은 제1 범프(161)와 제2 범프(163)의 사이에 위치하여 발광 구조체(120)의 중앙 부분 아래에 위치할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 방열 전극(170), 제1 범프(161) 및 제2 범프(163)의 배치는 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 도 2의 실시예에서 설명한 바와 같이, 제1 및 제2 범프(161, 163)와 방열 전극(170)은 솔더를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 도 5 내지 도 7의 실시예에서 설명한 발광 다이오드(100b)를 포함하는 발광 장치가 제공될 수 있다. 본 실시예에 발광 다이오드(100b)는 전류 분산 효율이 높아 고전류가 인가될 수 있고, 또한, 고전류가 인가되더라도 방열 효율이 높다. 따라서, 본 실시예의 발광 다이오드 구조는 고출력 발광 장치에 매우 적합하다.
이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 상술한 다양한 실시예들 및 특징들에 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 특허청구범위에 의한 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다.
Claims (24)
- 발광 다이오드; 및
베이스, 및 상기 베이스 상에 위치하는 도전성 패턴을 포함하고, 상기 발광 다이오드가 실장되는 기판을 포함하되,
상기 발광 다이오드는,
제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층의 하면 상에 위치하는 활성층, 및 상기 활성층의 하면 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조체;
상기 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 부분적으로 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층의 하면이 부분적으로 노출된 영역;
상기 제2 도전형 반도체층의 하면 상에 위치하여 오믹 컨택하는 전극층;
상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 영역을 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 오믹 컨택하는 제1 금속층;
상기 제1 금속층과 상기 전극층을 부분적으로 덮는 제1 절연층;
상기 발광 구조체의 하부에 위치하고 상기 도전성 패턴에 접촉하며, 각각 상기 제1 금속층 및 상기 전극층에 전기적으로 연결된 제1 범프 및 제2 범프; 및
상기 발광 구조체의 하부에 위치하며 상기 베이스에 접촉하는 방열 전극을 포함하고,
상기 제1 도전형 반도체층이 부분적으로 노출된 영역은, 상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 복수의 홀, 및 상기 홀들을 연결하는 적어도 하나의 연결홀을 포함하며,
상기 제1 범프, 제2 범프 및 상기 방열 전극은 서로 이격되고, 상기 방열 전극의 열전도성은 상기 제1 및 제2 범프의 열전도성보다 높은 발광 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 발광 다이오드는, 상기 제1 범프, 제2 범프 및 상기 방열 전극의 측면을 덮는 절연 물질부를 더 포함하는 발광 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 절연 물질부의 하면, 상기 제1 범프의 하면, 상기 제2 범프의 하면 및 상기 방열 전극의 하면은 서로 동일한 높이로 나란하게 형성된 발광 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 베이스는 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부의 상면, 상기 금속패턴의 상면은 서로 동일한 높이로 나란하게 형성된 발광 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1 범프, 제2 범프 및 방열 전극은 솔더를 포함하는 발광 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 방열 전극은 상기 제1 범프와 상기 제2 범프의 사이에 위치하는 발광 장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 도전성 패턴은 상기 제1 범프에 접촉하는 제1 도전성 패턴, 및 상기 제2 범프에 접촉하는 제2 도전성 패턴을 포함하고,
상기 베이스는 상기 제1 및 제2 도전성 패턴 사이에 위치하는 돌출부를 포함하는 발광 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 발광 다이오드는, 상기 발광 구조체와 상기 방열 전극 사이에 위치하는 절연층을 더 포함하는 발광 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2 범프는 상기 도전성 패턴과 직접적으로 접착되는 발광 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 베이스과 상기 도전성 패턴 사이에 위치하는 절연 패턴을 더 포함하고,
상기 베이스 및 상기 도전성 패턴은 금속을 포함하는 발광 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 전극층은 단일체로 이루어진 발광 장치. - 청구항 9에 있어서,
상기 제1 범프와 제2 범프는 각각 상기 제1 금속층의 일부 및 상기 전극층의 일부와 직접적으로 접촉하는 발광 장치. - 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층의 하면 상에 위치하는 활성층, 및 상기 활성층의 하면 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조체;
상기 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 부분적으로 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층의 하면이 부분적으로 노출된 영역;
상기 제2 도전형 반도체층의 하면 상에 위치하여 오믹 컨택하는 전극층;
상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 영역을 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 오믹 컨택하는 제1 금속층;
상기 제1 금속층과 상기 전극층을 부분적으로 덮는 제1 절연층;
상기 발광 구조체의 하부에 위치하고, 각각 상기 제1 금속층 및 상기 전극층에 전기적으로 연결된 제1 범프 및 제2 범프; 및
상기 발광 구조체의 하부에 위치하는 방열 전극을 포함하고,
상기 제1 도전형 반도체층이 부분적으로 노출된 영역은, 상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 복수의 홀, 및 상기 홀들을 연결하는 적어도 하나의 연결홀을 포함하고,
상기 제1 범프, 제2 범프 및 상기 방열 전극은 서로 이격되고, 상기 방열 전극의 열전도성은 상기 제1 및 제2 범프의 열전도성보다 높은 발광 다이오드. - 청구항 13에 있어서,
상기 제1 범프, 제2 범프 및 상기 방열 전극의 측면을 덮는 절연 물질부를 더 포함하는 발광 다이오드. - 청구항 14에 있어서,
상기 제1 범프, 제2 범프, 및 방열 전극은 솔더를 포함하는 발광 다이오드. - 청구항 13에 있어서,
상기 방열 전극은 상기 제1 범프 및 상기 제2 범프 사이에 위치하는 발광 다이오드. - 청구항 13에 있어서,
상기 발광 구조체와 상기 방열 전극 사이에 위치하는 절연층을 더 포함하는 발광 다이오드. - 베이스, 상기 베이스 상에 위치하는 도전성 패턴을 포함하는 기판 상에 발광 다이오드를 실장하는 것을 포함하되,
상기 발광 다이오드는,
제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층의 하면 상에 위치하는 활성층, 및 상기 활성층의 하면 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조체;
상기 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 부분적으로 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층의 하면이 부분적으로 노출된 영역;
상기 제2 도전형 반도체층의 하면 상에 위치하여 오믹 컨택하는 전극층;
상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 영역을 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 오믹 컨택하는 제1 금속층;
상기 제1 금속층과 상기 전극층을 부분적으로 덮는 제1 절연층;
상기 발광 구조체의 하부에 위치하고 상기 도전성 패턴에 접촉하며, 각각 상기 제1 금속층 및 상기 전극층에 전기적으로 연결된 제1 범프 및 제2 범프; 및
상기 발광 구조체의 하부에 위치하며 상기 베이스에 접촉하는 방열 전극을 포함하고,
상기 제1 도전형 반도체층이 부분적으로 노출된 영역은, 상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 복수의 홀, 및 상기 홀들을 연결하는 적어도 하나의 연결홀을 포함하고,
상기 제1 범프, 제2 범프 및 상기 방열 전극은 서로 이격되고, 상기 방열 전극의 열전도성은 상기 제1 및 제2 범프의 열전도성보다 높은 발광 다이오드 제조 방법. - 청구항 18에 있어서,
상기 발광 다이오드는, 상기 제1 범프, 제2 범프 및 상기 방열 전극의 측면을 덮는 절연 물질부를 더 포함하는 발광 장치 제조 방법. - 청구항 19에 있어서,
상기 발광 다이오드를 상기 기판에 실장하는 것은,
상기 발광 다이오드를 기판의 소정 영역 상에 배치하되, 상기 제1 범프, 제2 범프 및 방열 전극을 상기 기판 상에 접촉시키고;
상기 제1 범프, 제2 범프 및 방열 전극을 상기 솔더의 녹는점 이상으로 가열하고; 및
상기 솔더를 냉각하는 것을 포함하는 발광 장치 제조 방법. - 청구항 18에 있어서,
상기 베이스는 돌출부를 포함하고,
상기 제1 범프 및 제2 범프는 상기 도전성 패턴 상에 배치되고, 상기 방열 전극은 상기 돌출부 상에 배치되는 발광 장치 제조 방법. - 청구항 21에 있어서,
상기 돌출부의 상면과 상기 도전성 패턴의 상면은 서로 동일한 높이로 나란하게 형성된 발광 장치 제조 방법. - 청구항 18에 있어서,
상기 기판은 상기 도전성 패턴과 상기 베이스 사이에 위치하는 절연 패턴을 더 포함하고,
상기 도전성 패턴과 상기 베이스는 금속을 포함하는 발광 장치 제조 방법. - 청구항 18에 있어서,
상기 발광 다이오드는, 상기 발광 구조체와 상기 방열 전극 사이에 위치하는 절연층을 더 포함하는 발광 장치 제조 방법.
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