KR20180002212A - 반도체 소자 모듈 - Google Patents
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Abstract
실시예는 반도체 소자 패키지에 관한 것으로서, 제1 전극층과 제2 전극층이 배치된 회로 기판; 상기 회로 기판의 제1 영역 상에 배치되고, 상기 제1 전극층과 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 반도체 소자; 상기 회로 기판의 제2 영역 상에 배치되는 DBR(Distributed Bragg Reflector); 및 상기 반도체 소자와 상기 DBR의 상부에 배치되는 형광체층을 포함한다.
Description
실시예는 반도체 소자 모듈에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광 소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 수 있다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다
상술한 반도체 소자가 실장된 반도체 소자 패키지는 반도체 소자에서 발광 하는 광이 반도체 소자 패키지의 몸체에 흡수되어 반도체 소자 패키지의 광효율이 저하되는 문제점이 발생한다. 패키지 몸체가 캐비티를 가지고 바닥면에 리드 프레임이 배치될 경우 리드 프레임의 광 반사에 의하여 상술한 문제점이 해결될 수 있으나, 리드 프레임이 생략되고 회로 기판 상에 반도체 소자가 배치되는 CSP(chip scale package)의 경우 상술한 광효율 문제가 더 클 수 있다.
실시예는 반도체 소자 패키지의 형광체층 아래에 DBR을 배치시켜 반도체 소자로부터 발광되는 광을 반도체 소자 패키지의 바닥면에서도 반사시킬 수 있는 반도체 소자 모듈을 제공한다.
실시예에 의한 반도체 소자 모듈은 제1 전극층과 제2 전극층이 배치된 회로 기판; 상기 회로 기판의 제1 영역 상에 배치되고, 상기 제1 전극층과 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 반도체 소자; 상기 회로 기판의 제2 영역 상에 배치되는 DBR(Distributed Bragg Reflector); 및 상기 반도체 소자와 상기 DBR의 상부에 배치되는 형광체층을 포함할 수 있다.
상기 DBR은 상기 반도체 소자와 인접한 방향으로부터 TiO2로 이루어진 제1 층과, SiO2로 이루어진 제2 층이 복수 개 반복하여 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 제1 층들 중 적어도 일부의 두께가 서로 다를 수 있다.
상기 복수 개의 제2 층들 중 적어도 일부의 두께가 서로 다를 수 있다.
상기 DBR은 450 나노미터 내지 750 나노미터 파장 영역의 광을 반사하도록, 상기 제1 층과 상기 제2 층의 두께가 배치될 수 있다.
상기 반도체 소자는, 상기 제1 전극층과 제2 전극층에 플립 본딩될 수 있다.
상기 반도체 소자는 제1 전극과 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극과 제2 전극은 각각 상기 회로 기판의 제1 전극층 및 제2 전극층과 본딩되고, 상기 제1 전극과 제2 전극의 측면에는 투광성 절연층이 배치될 수 있다.
상기 반도체 소자는 발광소자이고, 상기 발광소자는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고, 상기 활성층은 상기 DBR의 상부면보다 높게 배치될 수 있다.
상기 투광성 절연층과 상기 회로 기판의 사이에 보이드가 형성될 수 있다.
상기 DBR의 폭은 상기 형광체층의 폭과 동일할 수 있다.
상기 DBR의 폭은 상기 형광체층의 폭보다 넓고, 상기 형광체층의 주변 영역에서 상기 DBR 상에 배치되는 반사벽을 더 포함할 수 있다.
상기 반사벽은, 상기 반도체 소자 둘레의 4면 또는 서로 마주보는 2면에 배치될 수 있다.
다른 실시예에 따른 반도체 소자 모듈은 하부면에 그루브(groove)를 가지는 형광체층; 상기 형광체층 내에 적어도 일부가 삽입되어 배치되는 반도체 소자; 상기 그루브의 주변 영역에서 상기 형광체층의 하부면에 배치되는 DBR; 및 상기 반도체 소자와 상기 DBR의 하부에 배치되고, 상기 반도체 소자가 플립 본딩되는 회로 기판을 포함하고, 상기 반도체 소자와 상기 회로 기판의 사이에 보이드가 형성될 수 있다.
상기 반도체 소자는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 주변 영역에 배치되는 투광성 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 보이드의 높이는, 상기 DBR의 두께보다 작을 수 있다.
실시예에 따른 반도체 소자 모듈의 형광체층 아래에 DBR을 배치시킴으로써 반도체 소자 모듈의 바닥면으로 발광되는 반도체 소자의 광을 반도체 소자 모듈의 상부로 반사시킬 수 있으므로, 반도체 소자 모듈의 광속을 향상시킬 수 있다.
도 1은 반도체 소자 모듈의 제1 실시예의 단면도이다.
도 2는 도 1의 DBR의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 DBR의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 반도체 소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 반도체 소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6a는 도 1의 상면도이다.
도 6b는 반도체 소자 모듈의 제2 실시예의 상면도이다.
도 6c는 반도체 소자 모듈의 제3 실시예의 상면도이다.
도 7은 실시예에 따른 반도체 소자 모듈의 DBR의 광 반사 영역을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 DBR의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 DBR의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 반도체 소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 반도체 소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6a는 도 1의 상면도이다.
도 6b는 반도체 소자 모듈의 제2 실시예의 상면도이다.
도 6c는 반도체 소자 모듈의 제3 실시예의 상면도이다.
도 7은 실시예에 따른 반도체 소자 모듈의 DBR의 광 반사 영역을 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly) 접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
반도체 소자는 발광 소자, 수광 소자 등 각종 전자 소자 포함할 수 있으며, 발광 소자와 수광 소자는 모두 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 반도체 소자는 발광 소자일 수 있다.
발광 소자는 전자와 정공이 재결합함으로써 빛을 방출하게 되고, 이 빛의 파장은 물질 고유의 에너지 밴드갭에 의해서 결정된다. 따라서, 방출되는 빛은 상기 물질의 조성에 따라 다를 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 반도체 소자 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체 소자 패키지(100A)는 회로 기판(110), 반도체 소자(200), DBR(Distributed Bragg Reflector, 150) 및 형광체층(280)을 포함할 수 있다.
회로 기판(110)은 제1 전극층(121)과 제2 전극층(122)이 노출되어 배치되고, 제1 전극층(121)과 제2 전극층(122)을 제외한 영역에는 절연층(미도시)이 배치될 수 있다.
제1 전극층(121)과 제2 전극층(122)은 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 상세하게는 금속으로 형성될 수 있으며, 예를 들면 구리(Cu)로 이루어질 수 있다.
반도체 소자(200)는 회로 기판(110)의 제1 영역 상에 배치될 수 있고, 회로 기판(110)의 제1 전극층(121)과 제2 전극층(122)과 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 반도체 소자(200)는, 제1 전극층(121)과 제2 전극층(122)에 플립 본딩될 수 있다. 여기서, 회로 기판(110) 에서 반도체 소자(200)와 대응되는 영역을 제1 영역이라 하고, 제2 영역의 주변 영역을 제2 영역이라고 할 수 있다.
도 4는 도 1의 반도체 소자의 일실시예를 나타낸 도면이다.
반도체 소자(200)는 제1 전극(252)과 제2 전극(256)을 포함하며, 제1 전극(252)과 제2 전극(256)이 각각 회로 기판(110)의 제1 전극층(121) 및 제2 전극층(122)과 도전성 접착제(270), 예를 들면 솔더(solder)로 본딩될 수 있다.
제1 전극(256)과 제2 전극(252)의 측면에는 투광성 절연층(240)이 배치될 수 있다. 투광성 절연층(240)은 절연성 물질로 이루어질 수 있고, 상세하게는 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있고, 보다 상세하게는 실리콘 산화물(SiO2), 산화 질화물, 산화 알루미늄 등으로 이루어질 수 있다.
투광성 절연층(240)이 도 4의 반도체 소자(200)의 상부면(도 1에서는 하부면)을 덮으며 배치되고, 제1 전극(252)과 제2 전극(256)의 측면을 둘러싸며 배치되고, 투광성 절연층(240)의 상부면으로 제1 전극(252)과 제2 전극(256)이 노출되면, 노출된 제1 전극(252)과 제2 전극(256)이 상기의 제1 전극층(121)과 제2 전극층(122)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
반도체 소자(200)는 발광소자일 수 있고, 발광소자는 기판(210), 발광 구조물(220) 및 제1 전극(252)과 제2 전극(256)을 포함할 수 있다.
기판(210)은 반도체 소자(100A)로 입사하는 광에 대하여 광학적으로 투명한 기판일 수 있다.
기판(210)은 도전형 물질 또는 비도전형 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(210)은 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, GaP, InP, Ga203, GaAs 및 Si 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시예는 기판(210)의 특정한 물질에 국한되지 않는다.
기판(210)의 표면에는 패턴이 형성되어, 활성층(224)으로부터 방출되어 기판(210)으로 진행하는 광을 산란 내지 굴절시킬 수 있다.
또한, 기판(210)과 발광 구조물(220) 간의 열 팽창 계수의 차이 및 격자 부정합을 개선하기 위해, 기판(210)과 발광 구조물(220) 사이에 버퍼층(미도시)이 더 배치될 수 있다.
버퍼층(미도시)은 기판(210) 상에 성장되는데, 통상 비정질 또는 다결정 형태나 또는 양자가 혼재된 형태로 성장될 수 있다.
버퍼층(미도시)은 예를 들어, Al, In, N 및 Ga로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 또한, 버퍼층은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 버퍼층은 AlN으로 이루어질 수 있다.
발광 구조물(220)은 제1 도전형 반도체층(222), 활성층(224) 및 제2 도전형 반도체층(226)을 포함할 수 있다.
발광 구조물(220)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 도전형 반도체층(222)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(222)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤≤x≤≤1, 0≤≤y≤≤1, 0≤≤x+y≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(222)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(222)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(222) 상에 활성층(224)이 형성될 수 있다.
활성층(224)은 전자와 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다. 제1 도전형 반도체층(222)이 n형 반도체층이고 제2 도전형 반도체층(226)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 반도체층(222)으로부터 전자가 주입되고 상기 제2 도전형 반도체층(226)으로부터 정공이 주입될 수 있다.
활성층(224)은 단일 우물 구조(Double Hetero Structure), 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활성층(224)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들어, 제2 도전형 반도체층(226)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤≤x≤≤1, 0≤y≤≤1, 0≤≤x+y≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 도전형 반도체층(226)이 p형 반도체층일 때, 제2 도전형 반도체층(226) 상에는 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체, 예를 들어 n형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광 구조물(220)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 하나의 구조로 구현할 수 있다.
활성층(224)과 제2 도전형 반도체층(226)의 사이에는 활성층(224)과 인접하여 전자 차단층(Electron blocking layer, 미도시)이 배치될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)으로부터 활성층(224) 그리고 제1 도전형 반도체층(222)의 일부까지 제거되어, 제1 도전형 반도체층(222)의 일부가 노출될 수 있다.
그리고, 노출된 제1 도전형 반도체층(222) 상에 제1 전극(256)이 배치될 수 있고, 제2 도전형 반도체층(226) 상에 제2 전극(256)이 배치될 수 있다.
제1 전극(252)과 제2 전극(256)은 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 금속일 수 있고, 상세하게는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
도 4에서 반도체 소자(200)의 하부면과 측면에 형광체층(280)이 배치될 수 있다. 형광체층(280)은 형광체(285)가 모재에 분산되어 배치될 수 있다. 모재는 수지(resin)이 사용될 수 있고, 수지는 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴계 수지 중 어느 하나 또는 그 혼합물의 형태일 수 있다.
형광체(285)는 야그(YAG) 계열의 형광체나, 나이트라이드(Nitride) 계열의 형광체, 실리케이트(Silicate) 또는 이들이 혼합되어 사용될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
형광체층(280)은 반도체 소자의 측면과 하부면을 보호하는 몰딩재로 작용할 수도 있다.
도 4에서 DBR(150)은 반도체 소자(200)의 상부 영역의 측면에 배치되고, 또한 형광체층(280)의 상부면과 접촉하며 배치될 수 있다. 그리고, DBR(150)의 폭은 형광체층(280)의 폭보다 더 넓어서, 도시된 바와 같이 DBR(150)이 형광체층(280)보다 바깥 영역으로 돌출될 수 있다.
도 1에서 도전성 접착제(270)의 두께(d0)는, 도 4에서 DBR(150)의 두께(d2) 또는 DBR(150)이 투광성 절연층(240)이나 제1,2 전극(252, 256)보다 돌출된 두께(d1)보다 더 클 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
예를 들면, DBR(150)의 두께(d2)는 20 마이크로 미터 내지 40 마이크로 미터일 수 있고, 두께(d2)는 DBR(150)이 투광성 절연층(240)이나 제1,2 전극(252, 256)보다 돌출된 두께(d1)보다 1 마이크로 미터 내지 3 마이크로 미터 클 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
발광소자(200)의 높이(d3)는 150 마이크로 미터 내지 250 미터일 수 있고, 형광체층(280)의 반도체 소자(200)의 상부면에서의 두께(d4)는 높이(d3)는 150 마이크로 미터 내지 250 마이크로 미터일 수 있고, 반도체 소자(200)의 주변 영역에서 형광체층의 측면 방향의 두께(d5)는 150 마이크로 미터 내지 250 마이크로 미터일 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
도 4 또는 후술하는 도 5와 같이 반도체 소자(200)의 상부면과 측면에 형광체층(280)이 배치되어 몰딩(molding)되고, 형광체층(280)의 하부면에 DBR(150)이 반사층으로 배치되고, 반도체 소자(200)의 하부면에 투광성 절연층(240)이 배치되어 반도체 소자(200)를 보호하며 제1 전극(252)과 제2 전극(256)이 투광성 절연층(240)의 사이에서 노출되는 형상을, 반도체 소자 패키지라고 할 수 있다. 그리고, 도 1과 같이 반도체 소자 패키지가 회로 기판(110)과 결합된 형상을 반도체 소자 모듈이라고 할 수 있다.
도 1에서 DBR(Distributed bragg reflector, 150)은 회로 기판(110)의 제2 영역 상에 배치될 수 있으며, 반드시 DBR(150) 구조가 아니더라도 광반사율이 우수한 재료 또는 구조물이 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이 DBR(150)이 형광체층(280)보다 외부로 돌출되고, DBR(150)의 돌출된 부분에 반사벽(115)이 배치될 수 있다. 반사벽(115)은 광반사율이 우수한 재료로 이루어질 수 있다.
도 2는 도 1의 DBR의 제1 실시예를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1의 DBR의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
DBR(150)은 서로 다른 굴절률을 가지는 물질로 이루어진 제1 층 및 제2 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있는데, DBR(150)은 반도체 소자(200)와 인접한 방향으로부터 제1 층(151a,…,151j)과 제2 층(152a,… ,152j)이 복수 개가 반복하여 배치될 수 있으며, 예를 들면 제1 층(151a,..,152j)과 제2 층(152a,…,152j)은 100 페어(pair) 내지 30 페어(pair)로 배치될 수 있다.
DBR(150)은 도 2에 도시된 바와 같이 서로 다른 굴절률을 가지는 물질로 이루어진 제1 층(151a,…,151j)과 제2 층(152a,… ,152j)이 교대로 배치될 수 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이 서로 다른 굴절률을 가지는 물질로 이루어진 제1 층(151a,…,151j)과 제2 층(152a,… ,152j)과 제3 층(153a,…,153j)이 교대로 배치될 수도 있다. 제1 층(151a,…,151j)과 제2 층(152a,… ,152j)은 각각 SiO2, SiN, AIN, ITO, TiO2, 또는 MgF2 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 예를 들어, DBR(150)은 제1 층(151a,…,151j)은 TiO2로 이루어질 수 있고, 제2 층(152a,… ,152j)은 SiO2로 이루어질 수 있다.
그리고, 제1 층(151a,…,151j) 및 제2 층(152a,… ,152j) 각각의 두께는 λ/4n이고, λ는 활성층에서 발생하는 광의 파장일 수 있고, n은 상술한 파장의 광에 대한 각 층의 굴절률일 수 있다.
또한, DBR(150) 내에서 쌍을 이루어 배치되는 제1 층(151a,…,151j)은 두께가 서로 일정하지 않고 서로 다를 수 있고, 제2 층(152a,… ,152j)도 두께가 일정하지 않고 서로 다를 수 있다.
표 1은 DBR(150)의 일실시예의 구조를 상세히 나타낸다.
표 1에서 20쌍의 DBR구조가 개시되고 있으며, 반도체 소자(200)와 가장 인접한 방향의 제1층과 제2층 구조가 제일 위에 개시되고, 회로 기판(110)에 가장 인접한 영역에서는 제1 층만이 구비될 수 있다.
이때, DBR(150) 내에서 제1 층의 굴절률은 제2 층의 굴절률보다 클 수 있고, 각각의 층들에서 반사되는 광들이 서로 보강 간섭을 일으킬 수 있는데, 굴절률이 상대적으로 낮은 제2 층에서 제1 층으로 진행하는 빛이 λ/2의 위상 차이를 발생시키면서 보강 간섭을 일으킬 수 있다.
표 1에서, 가장 좌측 열에 각 층의 조성이 개시되고, 두 번째 열에 각층의 두께가 개시되고, 세 번째 열에는 각층을 이루는 재료의 굴절률과 각 층의 두께와의 곱(nd value)이 개시되고, 네 번째 열에는 하나의 쌍을 이루는 제1 층과 제2 층의 nd value의 합이 개시되는데 이는 λ/2 (nm)에 해당되는 값이며, 마지막 열에는 보상 파장(nm)이 개시되는데 λ에 해당하는 값이다.
이때, DBR(150) 내의 각각의 쌍에서는 특히 보상 파장에 대응하는 파장 영역의 광을 반사할 수 있다. 표 1에 개시된 구조의 DBR(150)에서 각 쌍의 보상 파장은 반도체 소자(200)에 인접한 영역에서는 약 750 나노미터이고, 회로 기판(110)에 인접한 영역에서는 약 450 나노미터일 수 있다. 상술한 바와 같이, DBR(150)은 반도체 소자(200)에 인접한 영역에서 장파장 영역의 광을 반사하고, 반도체 소자(200)로부터 멀어질수록 단파장 영역의 광을 반사하는데, 반사되는 광의 파장 범위가 반드시 반도체 소자(200)로부터의 거리에 비례하여 감소하지는 않을 수 있다.
| 조성 | 두께 (nm) | nd value(nm) | λ/2 (nm) | 보상 파장 (nm) |
| TiO2 | 75.21 | 191 | 374.4 | 748.8 |
| SiO2 | 126.45 | 183.4 | ||
| TiO2 | 63.22 | 160.6 | 356.2 | 712.4 |
| SiO2 | 134.9 | 195.6 | ||
| TiO2 | 71.66 | 182 | 366.1 | 732.2 |
| SiO2 | 126.94 | 184.1 | ||
| TiO2 | 79.81 | 202.7 | 380.5 | 760.9 |
| SiO2 | 122.58 | 177.7 | ||
| TiO2 | 69.23 | 175.8 | 349.8 | 699.7 |
| SiO2 | 120 | 174 | ||
| TiO2 | 63.24 | 160.6 | 329.4 | 658.9 |
| SiO2 | 116.42 | 168.8 | ||
| TiO2 | 68.16 | 173.1 | 336.4 | 672.8 |
| SiO2 | 112.61 | 163.3 | ||
| TiO2 | 60.07 | 152.6 | 313.1 | 626.2 |
| SiO2 | 110.69 | 160.5 | ||
| TiO2 | 66.62 | 169.2 | 321.5 | 643.1 |
| SiO2 | 105.05 | 152.3 | ||
| TiO2 | 46.62 | 118.4 | 233.9 | 467.8 |
| SiO2 | 79.63 | 115.5 | ||
| TiO2 | 53.23 | 135.2 | 307.8 | 615.6 |
| SiO2 | 119.02 | 172.6 | ||
| TiO2 | 65.77 | 167.1 | 309.2 | 618.4 |
| SiO2 | 98.04 | 142.2 | ||
| TiO2 | 52.25 | 132.7 | 259.5 | 519 |
| SiO2 | 87.44 | 126.8 | ||
| TiO2 | 48.62 | 123.5 | 246.9 | 493.7 |
| SiO2 | 85.08 | 123.4 | ||
| TiO2 | 50.42 | 128.1 | 254.2 | 508.3 |
| SiO2 | 86.96 | 126.1 | ||
| TiO2 | 49.02 | 124.5 | 227.6 | 455.2 |
| SiO2 | 71.11 | 103.1 | ||
| TiO2 | 42.41 | 107.7 | 224.5 | 449 |
| SiO2 | 80.53 | 116.8 | ||
| TiO2 | 50.62 | 128.6 | 252.3 | 504.5 |
| SiO2 | 85.31 | 123.7 | ||
| TiO2 | 46.45 | 118 | 228.8 | 457.7 |
| SiO2 | 76.45 | 110.9 | ||
| TiO2 | 46.09 | 117.1 | - | - |
도 1에서, 회로 기판(110)의 제1 영역의 상부 즉 반도체 소자(200)와 회로 기판(110)이 마주 보는 영역에서, 보이드(void)가 형성될 수 있다. 보이드는 도 4의 반도체 소자 내지 반도체 소자 패키지를 회로 기판(100)에 결합할 때 형성될 수 있고, 보이드 영역 중 적어도 일부에도 반사층(150)을 배치할 수도 있다.
도 1에서, 발광 구조물(220)의 활성층(224)은 DBR(150)의 상부면보다 높게 배치될 수 있는데, 이때 활성층(224)에서 방출된 광 중 하부로 진행하는 광은 DBR(150)에서 반사될 수 있다.
도 5는 도 1의 반도체 소자의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도 5에서 DBR(150)의 전체 폭은 형광체층(280)의 전체 폭과 실질적으로 동일할 수 있으며, 따라서 DBR(150)이 회로 형광체층(280)보다 외곽 영역으로 돌출되지 않을 수 있다. 도 1의 반도체 소자 또는 도 5의 반도체 소자의 경우, 형광체층(280)에 그루브(groove)가 형성되고, 상기 그루브에 반도체 소자(200)의 적어도 일부가 삽입되는 형상일 수도 있다. 이때, DBR(150)은 그루브의 주변 영역에서 형광체층(280)과 접촉하며 배치될 수 있다.
도 6a는 도 1의 상면도이다.
본 실시예에 따른 반도체 소자 모듈(100A)은 주변 영역에 반사벽(115)이 배치되고, 반사벽(115)의 내부에 형광체층(280)이 배치될 수 있다, 그리고, 제1 영역(A)에는 형광체층(280)의 하부에 반도체 소자가 배치될 수 있고, 제2 영역(B)에는 형광체층(280)의 하부에 DBR이 배치될 수 있다.
도 6b는 반도체 소자 패키지의 제2 실시예의 상면도이다.
본 실시예에 따른 반도체 모듈(100B)은 도 5의 반도체 소자 내지 반도체 소자 패키지가 배치되며, 반사벽(115)이 생략될 수 있다. 그리고, 제1 영역(A)에는 형광체층(280)의 하부에 반도체 소자가 배치될 수 있고, 제2 영역(B)에는 형광체층(280)의 하부에 DBR이 배치될 수 있다.
도 6c는 반도체 소자 패키지의 제3 실시예의 상면도이다. 본 실시예에 따른 반도체 소자 모듈(100C)은 서로 마주보는 2개의 방향에만 반사벽(115)이 배치되고, 나머지 2개의 방향에는 반사벽이 배치되지 않을 수 있다. 그리고, 제1 영역(A)에는 형광체층(280)의 하부에 반도체 소자가 배치될 수 있고, 제2 영역(B)에는 형광체층(280)의 하부에 DBR이 배치될 수 있다.
도 6a의 반도체 소자 모듈(100A)은 지향각이 상대적으로 넓고, 도 6b의 반도체 소자 모듈(100C)은 지향각이 상대적으로 좁고, 도 6c의 반도체 소자 모듈(100B)은 지향각이 일방향 예를 들면 도 6c의 가로 방향에서는 좁고, 상기 일방향과 수직의 다른 방향 예를 들면 도 6c의 세로 방향에서는 넓을 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 반도체 소자 모듈의 DBR의 광 반사 영역을 나타낸 도면이다. 반도체 소자에서 방출되는 광의 파장 영역이 실선으로 도시되고 있으며, DBR 내의 각 부분에서 반사되는 파장 영역이 점(dot)으로 도시되고 있으며, 450 나노미터 내지 750 나노미터의 파장 영역에서 광이 고르게 반사될 수 있음을 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시예에 따른 반도체 소자 모듈은 형광체층 아래에 DBR을 배치시킴으로써 반도체 소자 모듈의 바닥면으로 발광되는 반도체 소자의 광을 반도체 소자 모듈의 상부로 반사시킬 수 있으므로, 반도체 소자 모듈의 광속을 향상시킬 수 있다.
상술한 반도체 소자 패키지는 조명 시스템의 광원으로 사용될 수 있는데, 예를 들어 영상표시장치의 광원이나 조명 장치 등의 광원으로 사용될 수 있다.
영상표시장치의 백라이트 유닛으로 사용될 때 에지 타입의 백라이트 유닛으로 사용되거나 직하 타입의 백라이트 유닛으로 사용될 수 있고, 조명 장치의 광원으로 사용될 때 등기구나 벌브 타입으로 사용될 수도 있으며, 또한 이동 단말기의 광원으로 사용될 수도 있다.
발광 소자는 상술한 발광 다이오드 외에 레이저 다이오드가 있다.
수광 소자로는 빛을 검출하여 그 강도를 전기 신호로 변환하는 일종의 트랜스듀서인 광 검출기(photodetector)를 예로 들 수 있다. 이러한 광 검출기로서, 광전지(실리콘, 셀렌), 광도전 소자(황화 카드뮴, 셀렌화 카드뮴), 포토 다이오드(예를 들어, visible blind spectral region이나 true blind spectral region에서 피크 파장을 갖는 PD), 포토 트랜지스터, 광전자 증배관, 광전관(진공, 가스 봉입), IR(Infra-Red) 검출기 등이 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 광검출기와 같은 반도체 소자는 일반적으로 광변환 효율이 우수한 직접 천이 반도체(direct bandgap semiconductor)를 이용하여 제작될 수 있다. 또는, 광검출기는 구조가 다양하여 가장 일반적인 구조로는 p-n 접합을 이용하는 pin형 광검출기와, 쇼트키접합(Schottky junction)을 이용하는 쇼트키형 광검출기와, MSM(Metal Semiconductor Metal)형 광검출기 등이 있다.
포토 다이오드(Photodiode)는 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있고, pn접합 또는 pin 구조로 이루어진다. 포토 다이오드는 역바이어스 혹은 제로바이어스를 가하여 동작하게 되며, 광이 포토 다이오드에 입사되면 전자와 정공이 생성되어 전류가 흐른다. 이때 전류의 크기는 포토 다이오드에 입사되는 광의 강도에 거의 비례할 수 있다.
광전지 또는 태양 전지(solar cell)는 포토 다이오드의 일종으로, 광을 전류로 변환할 수 있다. 태양 전지는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
또한, p-n 접합을 이용한 일반적인 다이오드의 정류 특성을 통하여 전자 회로의 정류기로 이용될 수도 있으며, 초고주파 회로에 적용되어 발진 회로 등에 적용될 수 있다.
또한, 상술한 반도체 소자는 반드시 반도체로만 구현되지 않으며 경우에 따라 금속 물질을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 수광 소자와 같은 반도체 소자는 Ag, Al, Au, In, Ga, N, Zn, Se, P, 또는 As 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있으며, p형이나 n형 도펀트에 의해 도핑된 반도체 물질이나 진성 반도체 물질을 이용하여 구현될 수도 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100A: 반도체 소자 모듈
110: 회로 기판
115: 반사벽 121: 제1 전극층
122: 제2 전극층 150: DBR
200: 반도체 소자 210: 기판
220: 발광 구조물 252: 제1 전극
256: 제2 전극 240: 투광성 절연층
280: 형광체층 285: 형광체
115: 반사벽 121: 제1 전극층
122: 제2 전극층 150: DBR
200: 반도체 소자 210: 기판
220: 발광 구조물 252: 제1 전극
256: 제2 전극 240: 투광성 절연층
280: 형광체층 285: 형광체
Claims (15)
- 제1 전극층과 제2 전극층이 배치된 회로 기판;
상기 회로 기판의 제1 영역 상에 배치되고, 상기 제1 전극층과 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 반도체 소자;
상기 회로 기판의 제2 영역 상에 배치되는 DBR(Distributed Bragg Reflector); 및
상기 반도체 소자와 상기 DBR의 상부에 배치되는 형광체층을 포함하는 반도체 소자 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 DBR은 상기 반도체 소자와 인접한 방향으로부터 TiO2로 이루어진 제1 층과, SiO2로 이루어진 제2 층이 복수 개 반복하여 배치되는 반도체 소자 모듈. - 제2 항에 있어서,
상기 복수 개의 제1 층들 중 적어도 일부의 두께가 서로 다른 반도체 소자 모듈. - 제2 항에 있어서,
상기 복수 개의 제2 층들 중 적어도 일부의 두께가 서로 다른 반도체 소자 모듈. - 제3 항 또는 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 DBR은 450 나노미터 내지 750 나노미터 파장 영역의 광을 반사하도록, 상기 제1 층과 상기 제2 층의 두께가 배치되는 반도체 소자 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 반도체 소자는, 상기 제1 전극층과 제2 전극층에 플립 본딩된 반도체 소자 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 반도체 소자는 제1 전극과 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극과 제2 전극은 각각 상기 회로 기판의 제1 전극층 및 제2 전극층과 본딩되고, 상기 제1 전극과 제2 전극의 측면에는 투광성 절연층이 배치되는 반도체 소자 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 반도체 소자는 발광소자이고, 상기 발광소자는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고, 상기 활성층은 상기 DBR의 상부면보다 높게 배치되는 반도체 소자 모듈. - 제7 항 또는 제8 항에 있어서,
상기 투광성 절연층과 상기 회로 기판의 사이에 보이드가 형성되는 반도체 소자 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 DBR의 폭은 상기 형광체층의 폭과 동일한 반도체 소자 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 DBR의 폭은 상기 형광체층의 폭보다 넓고, 상기 형광체층의 주변 영역에서 상기 DBR 상에 배치되는 반사벽을 더 포함하는 반도체 소자 모듈. - 제11 항에 있어서,
상기 반사벽은, 상기 반도체 소자 둘레의 4면 또는 서로 마주보는 2면에 배치되는 반도체 소자 모듈. - 하부면에 그루브(groove)를 가지는 형광체층;
상기 형광체층 내에 적어도 일부가 삽입되어 배치되는 반도체 소자;
상기 그루브의 주변 영역에서 상기 형광체층의 하부면에 배치되는 DBR; 및
상기 반도체 소자와 상기 DBR의 하부에 배치되고, 상기 반도체 소자가 플립 본딩되는 회로 기판을 포함하고,
상기 반도체 소자와 상기 회로 기판의 사이에 보이드가 형성되는 반도체 소자 모듈. - 제13 항에 있어서,
상기 반도체 소자는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 주변 영역에 배치되는 투광성 절연층을 더 포함하는 반도체 소자 모듈. - 제13 항에 있어서,
상기 보이드의 높이는, 상기 DBR의 두께보다 작은 반도체 소자 모듈.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160081402A KR20180002212A (ko) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | 반도체 소자 모듈 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160081402A KR20180002212A (ko) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | 반도체 소자 모듈 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180002212A true KR20180002212A (ko) | 2018-01-08 |
Family
ID=61003436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160081402A KR20180002212A (ko) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | 반도체 소자 모듈 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20180002212A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11714301B2 (en) | 2019-12-10 | 2023-08-01 | Samsung Eleotronicc Co., Ltd. | Light modulator, optical device including light modulator, and electronic apparatus including optical device |
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2016
- 2016-06-29 KR KR1020160081402A patent/KR20180002212A/ko active Search and Examination
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| US11714301B2 (en) | 2019-12-10 | 2023-08-01 | Samsung Eleotronicc Co., Ltd. | Light modulator, optical device including light modulator, and electronic apparatus including optical device |
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