KR20160065349A - 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자 - Google Patents
질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자 Download PDFInfo
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Abstract
발광 다이오드의 가장자리 부분에서의 산란 광을 반사시키는 구조의 도입으로 반사율을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 방열 특성을 향상시킬 수 있는 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 칩은 기판 상에 형성된 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 갖는 발광구조물과, 상기 발광구조물의 제2 도전형 질화물층 상에 형성된 제1 반사층을 갖는 발광 다이오드; 상기 발광 다이오드의 측면을 덮도록 형성된 몰딩부; 및 상기 몰딩부 하면의 적어도 일부에 형성된 제2 반사층;을 포함한다.
본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 칩은 기판 상에 형성된 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 갖는 발광구조물과, 상기 발광구조물의 제2 도전형 질화물층 상에 형성된 제1 반사층을 갖는 발광 다이오드; 상기 발광 다이오드의 측면을 덮도록 형성된 몰딩부; 및 상기 몰딩부 하면의 적어도 일부에 형성된 제2 반사층;을 포함한다.
Description
본 발명은 질화물 반도체 발광 칩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 다이오드의 가장자리 부분에서의 산란 광을 반사시키는 구조의 도입으로 반사율을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 방열 특성을 향상시킬 수 있는 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자에 관한 것이다.
질화물 반도체 발광 소자(Light Emitting Device)는 전자(electron)와 정공(hole)의 재결합(re-combination)시 발생하는 발광 현상을 이용한 소자이다. 대표적인 발광 소자로서, GaN과 같은 질화물 반도체를 이용한 질화물 반도체 발광 소자가 있다. 질화물 반도체 발광 소자는 밴드 갭(band gap)이 커서 다양한 색광을 구현할 수 있고, 또한 열적 안정성이 우수하여 많은 분야에 응용되고 있다.
이러한 발광 소자의 경우, 패키지를 통하여 제품화된다. 발광 소자 패키지는 통상 다음과 같은 과정으로 제조된다. 우선, 패키지 기판에 발광소자를 실장하고, 배선공정을 통하여 발광소자에 구비된 전극을 외부 전극과 전기적으로 연결시킨다. 이후, 형광체가 포함된 봉지재를 패키지 기판 상에 도포하고 경화시켜 발광 소자를 몰딩한다.
최근에는 플립 타입으로 패키지 기판에 발광 소자를 실장함으로써, 발광 소자와 패키지 기판 간의 전기적 연결 경로를 단축시켜 모듈의 고집적화, 고전력 구동 목적으로 사용하려는 노력이 진행 중에 있다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 10-2010-0038937호(2010.04.15 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 발광소자 패키지가 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 발광 다이오드의 가장자리 부분에서의 산란 광을 반사시키는 구조의 도입으로 반사율을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 방열 특성을 향상시킬 수 있는 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 칩은 기판 상에 형성된 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 갖는 발광구조물과, 상기 발광구조물의 제2 도전형 질화물층 상에 형성된 제1 반사층을 갖는 발광 다이오드; 상기 발광 다이오드의 측면을 덮도록 형성된 몰딩부; 및 상기 몰딩부 하면의 적어도 일부에 형성된 제2 반사층;을 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자는 기판 상에 형성된 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 갖는 발광구조물과, 상기 발광 구조물의 제2 도전형 질화물층 상에 형성된 제1 반사층을 갖는 발광 다이오드, 상기 발광 다이오드의 측면을 덮도록 형성된 몰딩부, 및 상기 몰딩부 하면의 적어도 일부에 형성된 제2 반사층을 갖는 질화물 반도체 발광 칩; 상기 질화물 반도체 발광 칩이 실장되는 패키지 기판; 및 상기 패키지 기판에 형성되어, 상기 패키지 기판과 상기 발광 다이오드 칩에 전기적 신호를 인가하는 전극 단자;를 포함한다.
본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자는 발광구조물로부터 출사되는 광이 발광구조물의 상부에 형성되는 제1 반사층 및 몰딩부의 하면에 형성된 제2 반사층에 의해 각각 반사되는 구조를 가짐으로써, 발광 다이오드의 상면 가장자리 부분으로 흡수 또는 산란되어 소실되던 광을 재 반사시킬 수 있는 구조적인 이점으로 반사율을 극대화시킴으로써, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자는 제2 반사층을 몰딩부의 하면과 더불어 측면으로 연장되는 구조로 형성함으로써, 발광 다이오드의 상면 가장자리 부분으로 흡수 또는 산란되어 소실되던 광이 제2 반사층에 의해 몰딩부의 하면 및 측면 방향으로 재 반사되는 광을 발광 다이오드의 하면 방향으로 굴절시킬 수 있으므로 반사율을 극대화시켜 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자는 제2 반사층을 제1 및 제2 본딩 패드에 전기적으로 접지되는 구조로 설계함으로써, 제2 반사층이 발광 다이오드의 구동 시 제1 및 제2 본딩 패드의 그라운드 역할을 수행하도록 하여 방열 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 칩을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 칩을 보다 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 발광 다이오드를 보다 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 칩을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 칩을 보다 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 발광 다이오드를 보다 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 칩을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
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 질화물 반도체 발광 칩 및 이를 갖는 발광 소자에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 칩을 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 칩을 보다 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 칩(100)은 발광 다이오드(120), 몰딩부(140) 및 제2 반사층(160)을 포함한다.
발광 다이오드(120)는 상면(120a) 및 하면(120b)과, 상면(120a) 및 하면(120b)을 연결하는 측면(120c)을 갖는다. 이때, 발광 다이오드(120)는 이의 상면(120a)이 패키지 기판(미도시)의 상면과 마주보도록 본딩된다.
상기 발광 다이오드(120)는 발광구조물(122), 제1 반사층(124), 제1 본딩 패드(126) 및 제2 본딩 패드(127)를 갖는다.
발광구조물(122)은 기판(121) 상에 형성된 제1 도전형 질화물층(미도시), 활성층(미도시) 및 제2 도전형 질화물층(미도시)을 가지며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
제1 반사층(124)은 발광구조물(122)의 제2 도전형 질화물층 상부에 형성된다. 이때, 제1 반사층(124)은 0.1 ~ 10㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 5㎛를 제시할 수 있다. 제1 반사층(124)의 두께가 0.1㎛ 미만일 경우에는 반사막으로써의 기능을 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 제1 반사층(124)의 두께가 10㎛를 초과할 경우에는 두께 증가대비 더 이상의 효과 없이 제조 단가만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있을 뿐만 아니라, 경박 단소화에 역행하는 결과를 초래하므로 바람직하지 못하다.
이러한 제1 반사층(124)의 재질로는 티타늄(Ti), 아연(Zn), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 주석(Sn), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 탄탈륨(Ta), 니켈(Ni), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 백금(Pt) 및 로듐(Rh) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물에서 선택되거나, 이들 중 1종 이상을 포함하는 화합물, 혼합물, 산화물, 질화물 및 불화물 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 1층 이상의 다층 구조로 이루어질 수 있다.
제1 본딩 패드(126)는 발광구조물(122)의 제1 도전형 질화물층 상에 형성되고, 제2 본딩 패드(127)는 발광구조물(122)의 제2 도전형 질화물층 상에 형성된다. 이때, 제1 및 제2 본딩 패드(126, 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 및 제2 본딩 패드(126, 127)는 동일한 마스크를 사용하는 것에 의해 동일한 물질로 형성될 수 있다.
몰딩부(140)는 상면(140a) 및 상면(140a)에 반대되는 하면(140b)과, 상면(140a) 및 하면(140b)을 연결하는 측면(140c)을 갖는다. 이러한 몰딩부(140)는 발광 다이오드(120)의 하면(120b) 및 측면(120c)을 덮도록 형성된다. 이때, 몰딩부(140)의 하면(140b)은 발광 다이오드(120)의 상면(120a)과 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
특히, 몰딩부(140)는 발광 다이오드(120)의 적어도 2개 이상의 면을 덮도록 형성되는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 몰딩부(140)는 육면체 형상을 갖는 발광 다이오드(120)의 하면(120b)과 4개의 측면(120c)인 총 5개의 면을 덮도록 형성될 수 있다.
이때, 몰딩부(140)는 순수 에폭시 수지만으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 발광 다이오드(120)의 발광 색상에 따라 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 광을 구현할 수 있게 된다. 이와 달리, 몰딩부(140)는 에폭시 수지에 파장 변환 물질을 혼합하여 사용할 수 있으며, 이와 같이 파장 변환 물질을 혼합하여 사용할 경우 백색광을 구현할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에서 몰딩부(140)는 폴리 실란 및 폴리 실록산을 포함하는 실리콘 수지, 비스페놀 F형 에폭시, 비스페놀 A형 에폭시, 페놀 노볼락형 에폭시 및 크레졸 노볼락형 에폭시를 포함하는 에폭시 수지, 및 폴리이미드 수지 중 적어도 1종 이상의 화합물로 형성된 수지층일 수 있고, 이와 달리 몰딩부(140)는 수지층에 특정 파장의 광을 다른 파장의 광으로 변환시키는 파장변환물질을 더 포함할 수 있다. 이때, 파장변환물질은 필름 형상으로 형성될 수도 있으며, 이 경우 몰딩부(140)는 수지층 상에 부착되어, 특정 파장의 광을 다른 파장의 광으로 변환시키는 파장변환필름을 더 포함할 수 있다.
제2 반사층(160)은 몰딩부(140)의 하면(140b)에 형성되어, 발광 다이오드(120)의 외측에 배치된다. 이러한 제2 반사층(160)은 발광 다이오드(120)의 상면(120a) 가장자리 부분과 인접한 몰딩부(140)의 하면(140b)에 배치되어, 발광 다이오드(120)의 상면(120a) 가장자리 부분으로 산란되는 광을 발광 다이오드(120)의 하면(120b) 방향으로 반사시킴으로써, 발광 다이오드(120)의 하면(120b) 방향으로 반사되는 반사 효율을 증가시켜 광 추출 효율을 극대화하는 역할을 한다.
즉, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 칩(100)은 발광구조물(122)로부터 출사되는 광이 발광구조물(122) 상에 형성되는 제1 반사층(124) 및 몰딩부(140)의 하면(140b)에 형성된 제2 반사층(160)에 의해 각각 반사되는 구조를 가짐으로써, 발광 다이오드(120)의 상면(120a) 가장자리 부분으로 산란되어 소실되던 광을 재 반사시킬 수 있는 구조적인 이점으로 반사율을 극대화시킴으로써, 발광 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
이때, 제2 반사층(160)의 바닥면은 제1 및 제2 본딩 패드(126, 127)의 바닥면과 동일 선상에 배치하는 것이 더 바람직한데, 이는 발광 다이오드(120)를 패키지 기판(미도시)에 실장할 시 제2 반사층(160)과 제1 및 제2 본딩 패드(126, 127) 간의 높이 차이로 인한 실장불량 및 특성 저하 등의 발생을 미연에 방지하기 위함이다.
이러한 제2 반사층(160)은 스크린 인쇄법, 전자빔(E-Beam) 증착, 열 증발 증착(Thermal Evaporation), 스퍼터링 증착(Sputtering deposition) 등에서 선택된 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있으나, 이 중 스크린 인쇄법으로 형성하는 것이 보다 바람직하다. 이때, 제2 반사층(160)은 제1 및 제2 본딩 패드(126, 127)와 전기적으로 절연되도록 상호 이격 배치될 수 있으며, 이 경우 제2 반사층(160)은 제1 및 제2 본딩 패드(126, 127)와 최대한 밀착되는 형태로 이격 배치하는 것이 적절하며, 구체적으로는 5㎛ 이하의 간격으로 이격시키는 것이 바람직하다.
이러한 제2 반사층(160)은 5nm ~ 50㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 50㎛를 제시할 수 있다. 제2 반사층(160)의 두께가 5nm 미만일 경우에는 반사막으로써의 기능을 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 제2 반사층(160)의 두께가 50㎛를 초과할 경우에는 제1 및 제2 본딩 패드(126, 127)와의 단차 발생의 우려가 크며, 경박 단소화에 역행하는 결과를 초래하는 요인으로 작용할 수 있으므로 바람직하지 못하다.
이러한 제2 반사층(160)의 재질로는, 제1 반사층(124)과 마찬가지로, 티타늄(Ti), 아연(Zn), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 주석(Sn), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 탄탈륨(Ta), 니켈(Ni), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 백금(Pt) 및 로듐(Rh) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물에서 선택되거나, 이들 중 1종 이상을 포함하는 화합물, 혼합물, 산화물, 질화물 및 불화물 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 1층 이상의 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 다층 구조는 제2 반사층(160)으로 이루어진 제1층과, 상기 제1층 상에 다층으로 이루어진 DBR(Distributed Bragg Reflector)층 또는 ODR(Omni Directional Reflector)층이 적용된 제2층을 포함할 수 있다.
이때, 제2 반사층(160)의 제2층으로 DBR층이 사용되는 경우, 상기 제2층은 서로 다른 굴절률을 갖는 복수개의 층으로 구성된다. 상기 제2 반사층(160)의 제2층은 DBR층으로 적용되는 Si, Ti, Ta, V, Cr, Mg, Al, Zn, In, Sn, C가 포함된 화합물, 혼합물, 산화물, 질화물 및 불화물 중 선택된 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 이 중 산화물, 질화물 및 불화물 중 어느 하나의 형태가 더욱 바람직하다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 칩은 발광구조물로부터 출사되는 광이 발광구조물의 상부에 형성되는 제1 반사층 및 몰딩부의 하면에 형성된 제2 반사층에 의해 각각 반사되는 구조를 가짐으로써, 발광 다이오드의 상면 가장자리 부분으로 흡수 또는 산란되어 소실되던 광을 재 반사시킬 수 있는 구조적인 이점으로 반사율을 극대화시킴으로써, 발광 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 도 3은 도 2의 발광 다이오드를 보다 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 다이오드(120)는 발광구조물(122), 제1 반사층(124), 제1 및 제2 본딩 패드(126, 127)와 더불어, 투명 전도층(123), 금속 확산 장벽층(125) 및 절연층(128)을 더 포함할 수 있다.
발광구조물(122)은 기판(121) 상에 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 제2 도전형 질화물층(122c) 및 제1 반사층(124) 사이에 개재된다. 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.
금속 확산 장벽층(125)은 제1 반사층(124) 상에 형성된다. 이러한 금속 확산 장벽층(125)은 Cr, Ni, Pt, Ti, Au, Cu, Ir 및 W 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상 화합물에서 선택되거나, 이들 중 1종 이상을 포함하는 화합물, 혼합물, 산화물, 질화물 및 불화물 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함하여 형성되는 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.
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 산화물 중에 선택된 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 칩을 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 칩(200)은 도 1 및 도 2에서 도시하고 설명한 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 칩과 실질적으로 동일한 구성을 갖는바, 중복 설명은 생략하고 차이점에 대해서만 중점적으로 설명하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 칩(200)의 경우, 제2 반사층(260)이 몰딩부(240)의 하면(240b)과, 몰딩부(240)의 하면(240b)으로부터 연장되는 측면(240c)에 각각 형성될 수 있다.
즉, 제2 반사층(260)은 몰딩부(240)의 하면(240b)에 배치되는 수평부(262)와, 몰딩부(240)의 하면(240b)으로부터 연장되어 몰딩부(240)의 측면(240c)에 배치되는 수직부(264)를 가질 수 있다. 이와 같이, 제2 반사층(260)을 몰딩부(240)의 하면(240b)과 더불어 측면(240c)으로 연장되는 구조로 형성할 경우, 발광 다이오드(220)의 상면(220a) 가장자리 부분으로 산란되어 소실되던 광이 제2 반사층(260)에 의해 몰딩부(240)의 하면(240b) 및 측면(240c) 방향으로 각각 재 반사되는 광을 발광 다이오드(220)의 하면(220b) 방향으로 굴절시키는 것이 가능해질 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 비하여 반사율을 보다 향상시킬 수 있는 구조적인 이점을 갖는다.
또한, 제2 반사층(260)은 몰딩부(240)의 양측에 각각 전기적으로 분리되도록 배치되어, 제1 및 제2 본딩 패드(226, 227)와 각각 전기적으로 연결된다. 이와 같이, 제2 반사층(260)을 몰딩부(240)의 양측에서 전기적으로 각각 분리되도록 형성하는 것은 제2 반사층(260)에 의해 제1 및 제2 본딩 패드(226, 227)가 단락되는 것을 미연에 방지하기 위함이다.
이와 같이, 제1 및 제2 본딩 패드(226, 227) 상호 간은 단락되지 않으면서 제1 및 제2 본딩 패드(226, 227)에 몰딩부(240)의 양측에 각각 배치되는 제2 반사층(260)을 전기적으로 연결시킬 경우, 제2 반사층(260)이 발광 다이오드(220)의 구동시 제1 및 제2 본딩 패드(226, 227)의 그라운드 층의 역할을 수행함으로써 방열 특성을 향상시킬 수 있게 된다. 특히, 제2 반사층(260)을 몰딩부(240)의 하면(240b) 및 측면(240c)에 각각 형성할 경우가 면적이 증대되는 효과로 열 방출 효율을 극대화할 수 있는 구조적이 이점이 있다.
전술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 칩은 제2 반사층을 몰딩부의 하면과 더불어 측면으로 연장되는 구조로 형성함으로써, 발광 다이오드의 상면 가장자리 부분으로 흡수 또는 산란되어 소실되던 광이 제2 반사층에 의해 몰딩부의 하면 및 측면 방향으로 재 반사되는 광을 발광 다이오드의 하면 방향으로 굴절시킬 수 있으므로 반사율을 극대화시켜 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 칩은 제2 반사층을 제1 및 제2 본딩 패드에 전기적으로 접지되는 구조로 설계함으로써, 제2 반사층이 발광 다이오드의 구동시 제1 및 제2 본딩 패드의 그라운드 층의 역할을 수행하도록 하여 방열 특성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자(400)는 발광 다이오드(120), 몰딩부(140), 제2 반사층(160), 패키지 기판(310) 및 전극 단자(320)를 포함한다.
발광 다이오드(120), 몰딩부(140) 및 제2 반사층(160)은 도 1 및 도 2에서 도시하고 설명한 발광 다이오드, 몰딩부 및 제2 반사층과 실질적으로 동일한바, 중복 설명은 생략하도록 한다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자(400)는 발광구조물(122)로부터 출사되는 광이 발광구조물(122)의 상부에 형성되는 제1 반사층(124) 및 몰딩부(140)의 하면(140b)에 형성된 제2 반사층(160)에 의해 각각 반사되는 구조를 가짐으로써, 발광 다이오드(120)의 상면(120a) 가장자리 부분으로 산란되어 소실되던 광을 재 반사시킬 수 있는 구조적인 이점으로 반사율을 극대화시킴으로써, 발광 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
패키지 기판(310)은 상면(310a) 및 상면(310a)에 반대되는 하면(310b)을 갖는다. 이러한 패키지 기판(310)의 상면(310a)에는 발광 다이오드(120)가 본딩된다. 이에 따라, 패키지 기판(310)의 상면(310a) 상에 발광 다이오드(120)의 상면(120a)이 마주보도록 배치된다. 패키지 기판(310)은 인쇄회로기판(PCB), 리드 프레임, 세라믹 기판, 금속 기판 등에서 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다.
전극 단자(320)는 패키지 기판(310)에 형성되어, 패키지 기판(310)과 발광 다이오드(120)를 전기적으로 연결한다. 이러한 전극 단자(320)는 일단이 발광 다이오드(120)의 제1 본딩 패드(126) 및 제2 본딩 패드(127)에 각각 전기적으로 연결되고, 타단이 패키지 기판(310)의 하면(310b)으로 연장된다. 이때, 패키지 기판(310)의 상면(310a) 상에 발광 다이오드(120)를 부착한 후, 발광 다이오드(120)의 제1 본딩 패드(126) 및 제2 본딩 패드(127)를 전극 단자(320)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, 공융 본딩 또는 솔더링 본딩의 경우에 Cr, Ti, Pt, Au, Ag, Mo, Sn, Ni, Cu 중 적어도 2개 이상의 합금, 예를 들면, Au/Sn, Pt/Au/Sn, Cr/Au/Sn, Ni/Sn, Cu/Sn 등으로 이루어진 범프(330)에 의해 전기적인 접합이 이루어지게 된다. 특히, 범프(330)로는 Au 및 Sn 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 금속층을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 공융 본딩을 위한 경우에는 Sn, Ag, Cu 등이 이용될 수 있으며, 특히 AuSn 합금, NiSn 합금, AgSn 합금이 더 바람직하다. 따라서, 본 발명의 제1 및 2 본딩 패드(126, 127)는 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(320)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.
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, 200 : 질화물 반도체 발광 칩
120, 220 : 발광 다이오드
120a, 220a : 발광 다이오드 상면 120b, 220b : 발광 다이오드 하면
120c, 220c : 발광 다이오드 측면 121, 221 : 기판
122, 222 : 발광구조물 122a : 제1 도전형 질화물층
122b : 활성층 122c : 제2 도전형 질화물층
123 : 투명 전도층 124 : 제1 반사층
125 : 금속 확산 장벽층 126, 226 : 제1 본딩 패드
127, 227 : 제2 본딩 패드 128 : 절연층
140, 240 : 몰딩부 140a, 240a : 몰딩부 상면
140b, 240b : 몰딩부 하면 140c, 240c : 몰딩부 측면
160, 260 : 제2 반사층 262 : 제2 반사층 수평부
264 : 제2 반사층 수직부
120a, 220a : 발광 다이오드 상면 120b, 220b : 발광 다이오드 하면
120c, 220c : 발광 다이오드 측면 121, 221 : 기판
122, 222 : 발광구조물 122a : 제1 도전형 질화물층
122b : 활성층 122c : 제2 도전형 질화물층
123 : 투명 전도층 124 : 제1 반사층
125 : 금속 확산 장벽층 126, 226 : 제1 본딩 패드
127, 227 : 제2 본딩 패드 128 : 절연층
140, 240 : 몰딩부 140a, 240a : 몰딩부 상면
140b, 240b : 몰딩부 하면 140c, 240c : 몰딩부 측면
160, 260 : 제2 반사층 262 : 제2 반사층 수평부
264 : 제2 반사층 수직부
Claims (15)
- 기판 상에 형성된 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 갖는 발광구조물과, 상기 발광구조물의 제2 도전형 질화물층 상에 형성된 제1 반사층을 갖는 발광 다이오드;
상기 발광 다이오드의 측면을 덮도록 형성된 몰딩부; 및
상기 몰딩부 하면의 적어도 일부에 형성된 제2 반사층;
을 포함하는 질화물 반도체 발광 칩.
- 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 금속 확산 장벽층 상에 형성된 절연층과,
상기 제1 도전형 질화물층과 전기적으로 접속된 제1 본딩 패드와,
상기 제2 도전형 질화물층과 전기적으로 접속된 제2 본딩 패드를 더 포함하는 질화물 반도체 발광 칩.
- 제2항에 있어서,
상기 금속 확산 장벽층은
Cr, Ni, Pt, Ti, Au, Cu, Ir 및 W 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물에서 선택되거나, 이들 중 1종 이상을 포함하는 화합물, 혼합물, 산화물, 질화물 및 불화물 중 선택된 적어도 어느 하나로 형성되는 질화물 반도체 발광 칩.
- 제1항에 있어서,
상기 몰딩부는
폴리 실란 및 폴리 실록산을 포함하는 실리콘 수지, 비스페놀 F형 에폭시, 비스페놀 A형 에폭시, 페놀 노볼락형 에폭시 및 크레졸 노볼락형 에폭시를 포함하는 에폭시 수지, 및 폴리이미드 수지 중 적어도 1종 이상의 화합물로 형성된 수지층으로 이루어진 질화물 반도체 발광 칩.
- 제4항에 있어서,
상기 몰딩부는
상기 수지층에 특정 파장의 광을 다른 파장의 광으로 변환시키는 파장변환물질을 더 포함하는 질화물 반도체 발광 칩.
- 제1항에 있어서,
상기 몰딩부는
상기 수지층 상에 부착되어, 특정 파장의 광을 다른 파장의 광으로 변환시키는 파장변환필름을 더 포함하는 질화물 반도체 발광 칩.
- 제2항에 있어서,
상기 제2 반사층은
상기 제1 및 제2 본딩 패드와 전기적으로 절연되도록 상호 이격 배치되는 질화물 반도체 발광 칩.
- 제2항에 있어서,
상기 제2 반사층은
상기 몰딩부의 양측에 각각 전기적으로 분리되도록 배치되어, 상기 제1 및 제2 본딩 패드와 각각 전기적으로 연결되는 질화물 반도체 발광 칩.
- 제2항에 있어서,
상기 제2 반사층은
상기 몰딩부의 하면에 배치되는 수평부와, 상기 몰딩부의 하면으로부터 연장되어 몰딩부의 측면에 배치되는 수직부를 갖는 질화물 반도체 발광 칩.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 반사층은
5nm ~ 50㎛의 두께를 갖는 질화물 반도체 발광 칩.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 반사층 및 제2 반사층 각각은
티타늄(Ti), 아연(Zn), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 주석(Sn), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 탄탈륨(Ta), 니켈(Ni), 실리콘(Si), 은(Ag), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 백금(Pt) 및 로듐(Rh) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물에서 선택되거나, 이들 중 1종 이상을 포함하는 화합물, 혼합물, 산화물, 질화물 및 불화물 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 1층 이상의 다층 구조를 갖는 질화물 반도체 발광 칩.
- 제1항에 있어서,
상기 몰딩부는
상기 발광 다이오드의 적어도 2개 이상의 면을 덮도록 형성된 질화물 반도체 발광 칩.
- 제12항에 있어서,
상기 몰딩부는
상기 발광 다이오드의 측면과, 상기 발광 다이오드의 하면을 각각 밀봉하도록 형성된 질화물 반도체 발광 칩.
- 기판 상에 형성된 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 갖는 발광구조물과, 상기 발광 구조물의 제2 도전형 질화물층 상에 형성된 제1 반사층을 갖는 발광 다이오드,
상기 발광 다이오드의 측면을 덮도록 형성된 몰딩부, 및
상기 몰딩부 하면의 적어도 일부에 형성된 제2 반사층을 갖는 질화물 반도체 발광 칩;
상기 질화물 반도체 발광 칩이 실장되는 패키지 기판; 및
상기 패키지 기판에 형성되어, 상기 패키지 기판과 상기 발광 다이오드 칩에 전기적 신호를 인가하는 전극 단자;
를 포함하는 질화물 반도체 발광 소자.
- 기판 상에 형성된 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 갖는 발광구조물과, 상기 발광구조물의 제2 도전형 질화물층 상에 형성된 제1 반사층을 갖는 발광 다이오드;
상기 발광 다이오드가 실장되는 패키지 기판;
상기 패키지 기판의 상면과 발광 다이오드의 측면을 덮도록 형성된 몰딩부;
상기 몰딩부 하면의 적어도 일부에 형성된 제2 반사층; 및
상기 패키지 기판에 형성되어, 상기 발광 다이오드에 전기적 신호를 인가하는 전극 단자;
를 포함하는 질화물 반도체 발광 소자.
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