WO2016105167A1 - 발광소자, 발광소자 패키지, 라이트 유닛 및 그 제조방법 - Google Patents

발광소자, 발광소자 패키지, 라이트 유닛 및 그 제조방법 Download PDF

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    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials

Definitions

  • the embodiment relates to a light emitting device, a light emitting device package, a light unit, and a manufacturing method thereof.
  • a light emitting device may be formed by combining a pn junction diode having a characteristic in which electrical energy is converted into light energy, by combining a group 3-5 element or a group 2-6 element on the periodic table, and adjusting the composition ratio of the compound semiconductor. By doing so, various colors can be realized.
  • nitride semiconductors are receiving great attention in the field of optical devices and high power electronic devices due to their high thermal stability and wide bandgap energy.
  • a blue light emitting device, a green light emitting device, an ultraviolet light emitting device, and a red light emitting device using a nitride semiconductor are commercially used and widely used.
  • the light emitting device field which is a semiconductor device
  • flip chip mounting technology is applied as a light emitting device mounting technology according to a high integration trend.
  • the flip chip mounting technology of the light emitting device is a technology in which the light emitting device chip is directly mounted on the package substrate by using a solder bump made of a conductive material.
  • the connection length between the package substrate and the light emitting device chip can be minimized and a separate wire process is not required. not.
  • solder bumps are formed on a predetermined package substrate, and metal bumps corresponding to the respective solder bumps are formed on the light emitting device chip to bond the solder bumps to the metal bumps.
  • an additional contact electrode is formed on the metal bumps of the light emitting device chip by Ni / Au plating.
  • the reliability of the electrical is deteriorated due to the difference in the thermal expansion coefficient between the metal bumps and the contact electrodes. There is.
  • Embodiments provide a light emitting device having excellent reliability, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system.
  • the embodiment is to provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package and an illumination system with improved heat radiation characteristics.
  • the embodiment is to provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package and an illumination system with improved light extraction efficiency.
  • a light emitting device includes a light emitting structure including a first conductive semiconductor layer, an active layer and a second conductive semiconductor layer; A first electrode electrically connected to the first conductive semiconductor layer; A second electrode electrically connected to the second conductivity type semiconductor layer; An insulating member disposed on the light emitting structure while exposing the first electrode and the second electrode; A third electrode disposed on the first electrode; A fourth electrode disposed on the second electrode; The third electrode may include a second portion of the third electrode having a horizontal width wider than that of the first portion of the third electrode on the first portion of the third electrode directly contacting the first electrode and the first portion of the third electrode.
  • Including two parts can improve the light extraction efficiency and heat dissipation characteristics, and can improve the reliability.
  • the light emitting device package according to the embodiment includes a package substrate; First and second pad electrodes disposed on the package substrate; And a light emitting device according to any one of claims 1 to 11 disposed on the package substrate and electrically connected to the first pad electrode and the second pad electrode.
  • the light unit according to the embodiment may include the above light emitting device.
  • a method of manufacturing a light emitting device includes: forming a light emitting structure including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer on a substrate; Removing a portion of the active layer and the second conductive semiconductor layer to form a recess in which an upper portion of the first conductive semiconductor layer is exposed; Forming a first electrode electrically connected to the first conductive semiconductor layer and a second electrode electrically connected to the second conductive semiconductor layer; Forming an insulating layer on the light emitting structure and forming an insulating member on the insulating layer, the first and second electrodes; A first mask disposed on the insulating member and exposing top surfaces of the first and second electrodes; And a first portion of a third electrode connected to a first electrode on the first electrode exposed by the screen printing process, and a second portion of a third electrode having a wider width than the first portion of the third electrode.
  • a fourth electrode including a third electrode, a first portion of a fourth electrode connected to the second electrode
  • the embodiment can provide a light emitting device having excellent reliability, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system.
  • the embodiment can provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package and an illumination system with improved light extraction efficiency.
  • the embodiment can provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package and an illumination system having improved heat radiation characteristics.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a light emitting device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view of a light emitting device according to a second embodiment
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a light emitting device package according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a light emitting device package according to a second embodiment.
  • FIG. 5 is a sectional view of a light emitting device according to a third embodiment
  • FIG. 6 is a sectional view of a light emitting device according to a fourth embodiment
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a light emitting device package according to a third embodiment.
  • FIG 8 is a cross-sectional view of a light emitting device package according to a fourth embodiment.
  • 9 to 15 are process cross-sectional views of a method of manufacturing a light emitting device and a light emitting device package according to the embodiment.
  • FIG. 16 is a perspective view of a lighting apparatus according to the embodiment.
  • each layer, region, pattern, or structure is “on / over” or “under” the substrate, each layer, layer, pad, or pattern.
  • “on / over” and “under” include both “directly” or “indirectly” formed. do.
  • the criteria for the above / above or below of each layer will be described based on the drawings.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a light emitting device 100 according to a first embodiment
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a light emitting device package 200 according to a first embodiment. Let's explain.
  • the light emitting device 100 includes a light emitting structure 120 including a first conductive semiconductor layer 115, an active layer 117, and a second conductive semiconductor layer 119, and the first conductive semiconductor.
  • a first electrode 135 electrically connected to the layer 115, a second electrode 137 electrically connected to the second conductive semiconductor layer 119, the first electrode 135 and the second electrode
  • the insulating member 151 disposed on the light emitting structure 120 while exposing 137, the third electrodes 141 and 141a on the first electrode 135, and the second electrode 137. It may include a fourth electrode (143, 143a) in.
  • the contact area between the solder bumps of the package substrate and the metal bumps of the light emitting device chip is insufficient, thereby deteriorating electrical characteristics.
  • the third electrodes 141 and 141a of the embodiment may include a first part 141 of the third electrode directly contacting the first electrode 135 and a first part of the third electrode ( It may include a second portion (141a) of the third electrode extending at least one side from the upper side of the 141.
  • the fourth electrodes 143 and 143a of the embodiment may be disposed above the first portion 143 of the fourth electrode directly contacting the second electrode 137 and the first portion 143 of the fourth electrode. It may include a second portion (143a) of the fourth electrode extending at least one side.
  • the second portion 141a of the third electrode may be disposed on the first portion 141 of the third electrode, and the second portion 143a of the fourth electrode may be formed of the fourth electrode. It may be disposed on the first portion 143. Upper surfaces of the second part 141a of the third electrode and the second part 143a of the fourth electrode may be exposed to the outside from the insulating member 151. A portion of the second portion 141a of the third electrode and the second portion 143a of the fourth electrode may extend to an upper surface of the insulating member 151. A portion of the second portion 141a of the third electrode and the second portion 143a of the fourth electrode may be disposed on an upper surface of the insulating member 151, but is not limited thereto.
  • an upper surface of the second portion 141a of the third electrode and the second portion 143a of the fourth electrode is exposed from the insulating member 151, and the second portion 141a and the third electrode of the third electrode are exposed. Side portions of the second portion 143a of the four electrodes may be accommodated in the insulating member 151.
  • the second portion 141a of the third electrode extending at least one side from an upper side of the first portion 141 of the third electrode or the first portion 143 of the fourth electrode. Or the second portion 143a of the fourth electrode, so that the second portion 141a or the third portion of the third electrode contacting the first pad electrode 173 or the second pad electrode 174 in a subsequent packaging process.
  • the second portion 143a of the four electrodes By securing a wide horizontal width of the second portion 143a of the four electrodes, physical and electrical reliability may be increased due to the expansion of the bonding force.
  • the horizontal width W15 of the second portion 141a of the third electrode is wider than the horizontal width W13 of the first portion 141 of the third electrode.
  • the horizontal width W25 of the second portion 143a of the fourth electrode may be wider than the horizontal width W23 of the first portion 143 of the fourth electrode.
  • the horizontal width W15 of the second portion 141a of the third electrode or the horizontal width W25 of the second portion 143a of the fourth electrode may be the first portion 141 of the third electrode.
  • the width is wider than the horizontal width W13 of the second electrode 143 or the horizontal width W23 of the second portion 143 of the fourth electrode, thereby forming the second portion 141a of the third electrode or the second portion 143a of the fourth electrode.
  • the horizontal width W15 of the second portion 141a of the third electrode or the horizontal width W25 of the second portion 143a of the fourth electrode is the first portion 141 of the third electrode. It is formed to have a width of about 1. 1 or more than the horizontal width (W13) of the horizontal width (W13) or the horizontal width (W23) of the first portion 143 of the fourth electrode to secure a wide contact area to improve the electrical and physical reliability Can be.
  • the horizontal width W15 of the second portion 141a of the third electrode or the horizontal width W25 of the second portion 143a of the fourth electrode is wide in a range in which no electrical short occurs. It can be formed as.
  • the horizontal width W15 of the second portion 141a of the third electrode or the horizontal width W25 of the second portion 143a of the fourth electrode is the first portion 141 of the third electrode. It may have a width in the range of about 1.2 times to about 3.0 times that of the horizontal width W13) or the horizontal width W23 of the first portion 143 of the fourth electrode, but is not limited thereto.
  • the horizontal width W15 of the second portion 141a of the third electrode or the horizontal width W25 of the second portion 143a of the fourth electrode is the first portion 141 of the third electrode. It may have a width of about 1.2 times to about 1.4 times wider than the horizontal width (W13) of) or the horizontal width (W23) of the second portion 143 of the fourth electrode, but is not limited thereto.
  • the horizontal width W13 of the first portion 141 of the third electrode or the horizontal width W23 of the first portion 143 of the fourth electrode is about 50 ⁇ m to 500 ⁇ m
  • the horizontal width W15 of the second portion 141a of the third electrode or the horizontal width W25 of the second portion 143a of the third electrode may be about 70 ⁇ m to 600 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the horizontal width W15 of the second portion 141a of the third electrode or the horizontal width W25 of the second portion 143a of the fourth electrode is the horizontal width of the first electrode 135.
  • the electrical performance may be improved by being wider than the horizontal width W21 of the W11 or the second electrode 137.
  • an additional contact electrode is formed on the metal bumps of the light emitting device chip by Ni / Au plating.
  • the reliability of the electrical is deteriorated due to the difference in thermal expansion coefficient between the metal bumps and the contact electrodes. There is.
  • the material of the second portion 141a of the third electrode or the second portion 143a of the fourth electrode is formed of the first portion 141 or the fourth electrode of the third electrode.
  • Each of the first portion 143 may be formed of the same material.
  • the second portion 141a of the third electrode or the second portion 143a of the fourth electrode is formed to be in contact with the upper surface of the insulating member 151, thereby increasing the rigidity of the physical structure. Physical coupling and electrical reliability between the first electrode 135 and the third electrodes 141 and 141a and between the second electrode 137 and the fourth electrodes 143 and 143a may be improved.
  • the insulating member 151 may include a photosensitive material, resin or epoxy.
  • the insulating member 151 when the insulating member 151 is formed of a photosensitive material, it may include polyimide, but is not limited thereto.
  • the insulating member 151 may be formed by adding a heat spreader to a resin such as silicon or epoxy.
  • the heat spreader may include at least one of an oxide, a nitride, a fluoride, and a sulfide having a material such as Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr, for example, a ceramic material.
  • the heat spreader may be defined as powder particles, granules, fillers, and additives of a predetermined size.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the light emitting device 100 according to the second embodiment
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the light emitting device package 202 according to the second embodiment.
  • the second embodiment may employ the technical features of the first embodiment, and the following description will focus on the technical features of the second embodiment.
  • the second embodiment may include a first side electrode 135a extending to at least one side of the first electrode 135.
  • the first side electrode 135a may extend laterally along the upper surface of the first conductive semiconductor layer 115 through the insulating layer 133 in the first electrode 135.
  • the second embodiment may include a first side electrode 135a extending to one side of the first electrode 135.
  • the second embodiment may include first side electrodes 135a extending to both sides of the first electrode 135.
  • the second embodiment may include a second side electrode 137a extending to at least one side of the second electrode 137.
  • the second side electrode 137a may extend laterally along the upper surface of the second conductive semiconductor layer 119 through the insulating layer 133 in the second electrode 137.
  • the second embodiment may include a second side electrode 137a extending to one side of the second electrode 137.
  • the second embodiment may include a second side electrode 137a extending to at least both sides of the second electrode 137.
  • a passivation layer may be formed as an insulating layer on side surfaces of the light emitting structure 120, the first side electrode 135a, and the second side electrode 137a to prevent an electrical short circuit. .
  • the light emitting device includes a first side electrode 135a or a second side electrode 137a extending to at least one side of the first electrode 135 or the second electrode 137.
  • the generated light is reflected by the first side electrode 135a or the second side electrode 137a to the upper side of the light emitting device package, thereby improving light extraction efficiency, thereby improving light efficiency.
  • the light emitting device includes a first side electrode 135a or a second side electrode 137a extending to at least one side of the first electrode 135 or the second electrode 137.
  • the heat generated by the heat is effectively transferred to the first electrode 135 or the second electrode 137 by the first side electrode (135a) or the second side electrode (137a) can be significantly improved heat dissipation characteristics.
  • a light extraction pattern P may be provided on the first substrate 111 to improve light extraction efficiency.
  • the light extraction pattern may be formed on the exposed first conductive semiconductor layer 115 after the first substrate 111 is removed, but is not limited thereto.
  • the embodiment can provide a light emitting device and a light emitting device package excellent in reliability.
  • the embodiment can provide a light emitting device and a light emitting device package with improved light extraction efficiency, improved heat dissipation characteristics.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the light emitting device 103 according to the third embodiment
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the light emitting device package 203 according to the third embodiment.
  • the third embodiment may employ the features of the first embodiment or the second embodiment, and will be described below based on the features of the third embodiment.
  • the light emitting device 103 includes a light emitting structure 120 including a first conductive semiconductor layer 115, an active layer 117, and a second conductive semiconductor layer 119, and the second conductive layer.
  • a through electrode 136 electrically connected to the first conductive semiconductor layer 115 through a portion of the semiconductor layer 119 and the active layer 117, and a first electrode electrically connected to the through electrode 136.
  • the second electrode 139 electrically connected to the second conductive semiconductor layer 119, and the light emitting structure 120 while exposing the first electrode 138 and the second electrode 139.
  • It may include an insulating member 151 disposed on the.
  • the light emitting structure 120 may be formed on the second substrate 112.
  • the second substrate 112 may be formed of a material having excellent thermal conductivity, and may be a conductive substrate or an insulating substrate.
  • the second substrate 112 may use at least one of sapphire (Al 2 O 3 ), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, or Ga 2 0 3 .
  • the third embodiment may include an ohmic layer 132a and a reflective layer 132b on the second conductivity-type semiconductor layer 119.
  • the ohmic layer 132a may be formed by stacking a single metal, a metal alloy, a metal oxide, or the like in multiple layers so as to efficiently inject carriers.
  • the ohmic layer 132a may be formed of an excellent material in electrical contact with a semiconductor.
  • the ohmic layer 132a may include indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), indium aluminum zinc oxide (IAZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), and IGTO.
  • the reflective layer 132b may be formed of a material having excellent reflectivity and excellent electrical contact.
  • the reflective layer 132b may be formed of a metal or an alloy including at least one of Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, and Hf.
  • the through electrode 136 may be formed on the light emitting structure 120 via the first insulating layer 134, and the second insulating layer 135 may form a portion of the reflective layer 132b and the through electrode 136. It may be formed on the light emitting structure 120 while exposing.
  • the first insulating layer 134 or the second insulating layer 135 may be formed of an insulating material such as oxide or nitride, but is not limited thereto.
  • the first electrode 138 and the second electrode 139 may be electrically connected to the exposed through electrode 136 and the reflective layer 132b, respectively.
  • the insulating member 151 may include a photosensitive material, resin or epoxy.
  • the insulating member 151 when the insulating member 151 is formed of a photosensitive material, it may include polyimide, but is not limited thereto.
  • the insulating member 151 may be formed by adding a heat spreader to a resin such as silicon or epoxy.
  • the heat spreader may include at least one of an oxide, a nitride, a fluoride, and a sulfide having a material such as Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr, for example, a ceramic material.
  • the heat spreader may be defined as powder particles, granules, fillers, and additives of a predetermined size.
  • the third embodiment may include third electrodes 145 and 145a disposed on the first electrode 138.
  • the third electrodes 145 and 145a may include a first part 145 of a third electrode directly contacting the first electrode 138 and a second part of a third electrode on the first part 145 of the third electrode. 145a.
  • the second portion 145a of the third electrode may extend from at least one side of the first portion 145 of the third electrode.
  • the third embodiment may include a second portion 145a of the third electrode extending from one side to the one side of the first portion 145 of the third electrode.
  • the third embodiment may include a second portion 145a of the third electrode extending at least on both sides from above the first portion 145 of the third electrode.
  • the third embodiment may include fourth electrodes 147 and 147a disposed on the second electrode 139.
  • the fourth electrodes 147 and 147a may include a first portion 147 of a fourth electrode directly in contact with the second electrode 139 and a second portion of a fourth electrode on the first portion 147 of the fourth electrode. It may include a portion 147a.
  • the second portion 147a of the fourth electrode may extend from at least one side of the first portion 147 of the fourth electrode.
  • the third embodiment may include a second portion 147a of the fourth electrode extending from one side to one side of the first portion 147 of the fourth electrode.
  • the third embodiment may include a second portion 147a of the fourth electrode extending from both sides of the first portion 147 of the fourth electrode to both sides. More specifically, the second portion 145a of the third electrode may be disposed on the first portion 145 of the third electrode, and the second portion 147a of the fourth electrode may be formed of the fourth electrode. It may be disposed on the first portion 147. Upper surfaces of the second portion 145a of the third electrode and the second portion 147a of the fourth electrode may be exposed to the outside from the insulating member 151. A portion of the second portion 145a of the third electrode and the second portion 147a of the fourth electrode may extend to an upper surface of the insulating member 151.
  • a portion of the second portion 145a of the third electrode and the second portion 147a of the fourth electrode may be disposed on an upper surface of the insulating member 151, but is not limited thereto.
  • an upper surface of the second portion 145a of the third electrode and the second portion 147a of the fourth electrode is exposed from the insulating member 151, and the second portion 145a and the third electrode of the third electrode are exposed.
  • Side portions of the second portion 147a of the four electrodes may be accommodated in the insulating member 151.
  • the first portion 145 of the third electrode or the second portion 145a of the third electrode extending at least on one side from above the first portion 147 of the fourth electrode, or By including the second portion 147a of the fourth electrode, the second portion 145a of the third electrode contacting the third pad electrode 173 or the fourth pad electrode 174 in a subsequent packaging process as shown in FIG. 7 or By securing a wide horizontal width of the second portion 147a of the fourth electrode, physical and electrical reliability due to expansion of the coupling force may be increased.
  • the horizontal width W35 of the second portion 145a of the third electrode or the horizontal width W45 of the second portion 147a of the fourth electrode is determined. It is formed wider than the horizontal width W33 of the first portion 145 of the third electrode or the horizontal width W43 of the first portion 147 of the third electrode, whereby the second portion 145a of the third electrode or The second part 147a of the fourth electrode may be in contact with the third pad electrode 173 or the fourth pad electrode 174 with a large contact area, respectively, thereby improving physical or electrical reliability.
  • the horizontal width W35 of the second portion 145a of the third electrode or the horizontal width W45 of the second portion 147a of the fourth electrode is the first portion 145 of the third electrode. It is formed to have a width of about one or more times larger than the horizontal width W33 of the horizontal width W33 or the horizontal width W43 of the first portion 147 of the fourth electrode, thereby ensuring electrical and physical reliability. Can be.
  • the horizontal width W35 of the second portion 145a of the third electrode or the horizontal width W45 of the second portion 147a of the fourth electrode is wide in a range in which no electrical short occurs. It can be formed as.
  • the horizontal width W35 of the second portion 145a of the third electrode or the horizontal width W45 of the second portion 147a of the fourth electrode is the first portion 145 of the third electrode. It may have a width in a range of about 1.2 times to about 3.0 times that of the horizontal width W33 of the third electrode) or the horizontal width W43 of the first portion 147 of the third electrode, but is not limited thereto.
  • the horizontal width W35 of the second portion 145a of the third electrode or the horizontal width W45 of the second portion 147a of the fourth electrode is the first portion 145 of the third electrode. It may have a width of about 1.2 times to about 1.4 times wider than the horizontal width (W33) of) or the horizontal width (W43) of the first portion 147 of the fourth electrode, but is not limited thereto.
  • the horizontal width W33 of the first portion 145 of the third electrode or the horizontal width W43 of the first portion 147 of the fourth electrode is about 50 ⁇ m to 500 ⁇ m
  • the horizontal width W35 of the second portion 145a of the third electrode or the horizontal width W45 of the second portion 147a of the fourth electrode may be about 70 ⁇ m to 600 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the horizontal width W31 of the first electrode 138 or the horizontal width W41 of the second electrode 139 is the horizontal width W35 of the second portion 145a of the third electrode. Or wider than the horizontal width W45 of the second portion 147a of the fourth electrode, thereby improving heat dissipation efficiency and improving light extraction efficiency by increasing the reflectance of the emitted light.
  • the second distance D2 between the first electrode 138 and the second electrode 139 is the second portion 145a of the third electrode and the second portion of the fourth electrode. It is formed narrower than the first distance (D1) between the (147a), by ensuring the horizontal width (W31) of the first electrode 138 or the horizontal width (W41) of the second electrode 139 to the maximum It is possible to improve the light output by improving the reflectance and the reliability by improving the heat dissipation efficiency.
  • the material of the second portion 145a of the third electrode or the second portion 147a of the fourth electrode may be formed of the first portion 145 of the third electrode or the first portion of the fourth electrode ( 147) and the same material as each.
  • the second portion 145a of the third electrode or the second portion 147a of the fourth electrode is formed to be in contact with the upper surface of the insulating member 151, thereby increasing the rigidity of the physical structure. Physical coupling and electrical reliability may be improved between the first electrode 138, the second electrode 139, the first portion 145 of the third electrode, and the first portion 147 of the fourth electrode.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the light emitting device 104 according to the fourth embodiment
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the light emitting device package 204 according to the fourth embodiment.
  • the fourth embodiment may employ the technical features of the third embodiment, and will be described below with reference to the technical features of the fourth embodiment.
  • the fourth embodiment may include a third side electrode 138a extending to at least one side of the first electrode 138.
  • the third side electrode 138a may extend downward to a mesa edge region in which one side of the light emitting structure 120 is partially removed.
  • the third side electrode 138a may extend downward along the side surface of the light emitting structure 120 through the first insulating layer 134, and the bottom surface of the third side electrode 138a may be It may be lower than the active layer 117.
  • the fourth embodiment may include a fourth side electrode 139a extending to at least one side of the second electrode 139.
  • the fourth side electrode 139a may extend downward to the mesa edge region where the other side of the light emitting structure 120 is partially removed.
  • the fourth side electrode 139a may extend downward along the side surface of the light emitting structure 120 via the first insulating layer 134, and the bottom surface of the fourth side electrode 139a may be It may be lower than the active layer 117.
  • the light emitting device includes a third side electrode 138a or a fourth side electrode 139a extending to at least one side of the first electrode 138 or the second electrode 139.
  • the generated light is reflected by the third side electrode 138a or the fourth side electrode 139a to the upper side of the light emitting device package, thereby improving light extraction efficiency, thereby improving light efficiency.
  • the light emitting device includes a third side electrode 138a or a fourth side electrode 139a extending to at least one side of the first electrode 138 or the second electrode 139. Since heat generated in the Efficiently transmitted to the first electrode 138 or the second electrode 139 by the third side electrode 138a or the fourth side electrode 139a can be significantly improved heat dissipation characteristics.
  • 7 and 8 are light emitting device packages 203 and 204 according to the third or fourth embodiment.
  • the light emitting devices 103 and 104 may be mounted on the module substrate 170 by a flip method, but are not limited thereto.
  • the light emitting device packages 203 and 204 according to the third or fourth embodiment may include a package substrate 171, a first pad electrode 173 and a second pad disposed on the package substrate 171.
  • the light emitting device 103 according to the third or fourth embodiment disposed on the electrode 174 and the package substrate 171 and electrically connected to the first pad electrode 173 and the second pad electrode 174. 104).
  • the module substrate 170 may be a printed circuit board (PCB) including a circuit pattern (not shown).
  • the module substrate 170 may include a resin-based PCB, a metal core PCB (MCPCB, Metal Core PCB), a flexible PCB (FPCB, Flexible PCB) and the like, but is not limited thereto.
  • the module substrate 170 includes a package substrate 171 and an insulating layer 172, and the first pad electrode 173 and the second pad electrode 174 formed through the insulating layer 172. It may include. The first pad electrode 173 and the second pad electrode 174 supply power to the third or fourth light emitting devices 103 and 104.
  • a protective layer 175 is formed on an area except the first pad electrode 173 and the second pad electrode 174 on the insulating layer 172, and the protective layer 175 is a solder resist. As a layer, it may comprise a white or green protective layer.
  • the protective layer 175 reflects the light efficiently, thereby improving the amount of reflected light.
  • the horizontal width W37 of the first pad electrode is wider than the horizontal width W33 of the third connection electrode, so that the first pad electrode 173 is in contact with the third protruding electrode 145a.
  • the horizontal width W47 of the second pad electrode is wider than the horizontal width W43 of the fourth connection electrode, so that the second pad electrode 174 is in contact with the fourth protruding electrode 147a.
  • FIGS. 9 to 15. 9 to 15 are illustrated based on the first embodiment, but the embodiment is not limited thereto.
  • the first substrate 111 is prepared as shown in FIG. 9.
  • the first substrate 111 may be formed of a material having excellent thermal conductivity, and may be a conductive substrate or an insulating substrate.
  • the first substrate 111 may use at least one of sapphire (Al 2 O 3 ), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga 2 0 3 .
  • An uneven structure may be formed on the first substrate 111, but is not limited thereto. Impurities on the surface may be removed by wet cleaning the first substrate 111.
  • the light emitting structure 120 including the first conductive semiconductor layer 115, the active layer 117, and the second conductive semiconductor layer 119 may be formed on the first substrate 111.
  • a buffer layer 113 may be formed on the first substrate 111.
  • the buffer layer 113 may mitigate lattice mismatch between the material of the light emitting structure 120 and the first substrate 111.
  • the buffer layer 113 may be formed of at least one of Group III-V compound semiconductors, for example, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, and AlInN.
  • An undoped semiconductor layer may be formed on the buffer layer 113, but is not limited thereto.
  • the first conductivity type semiconductor layer 115 may be formed of a semiconductor compound, for example, a compound semiconductor such as Groups III-5, II-6, and the like, and may be doped with the first conductivity type dopant.
  • the first conductivity-type dopant may be an n-type dopant and may include Si, Ge, Sn, Se, Te, but is not limited thereto.
  • the first conductivity type semiconductor layer 115 may include a semiconductor material having a composition formula of In x Al y Ga 1-xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1). Can be.
  • the first conductive semiconductor layer 115 is formed of any one or more of GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP.
  • the first conductivity type semiconductor layer 115 may form an N-type GaN layer using a chemical vapor deposition method (CVD), molecular beam epitaxy (MBE), or sputtering or hydroxide vapor phase epitaxy (HVPE).
  • the first conductive semiconductor layer 115 may include a silane containing n-type impurities such as trimethyl gallium gas (TMGa), ammonia gas (NH 3 ), nitrogen gas (N 2 ), and silicon (Si) in the chamber.
  • TMGa trimethyl gallium gas
  • NH 3 ammonia gas
  • N 2 nitrogen gas
  • Si silicon
  • a current diffusion layer (not shown) may be formed on the first conductivity type semiconductor layer 115.
  • the current diffusion layer may be an undoped GaN layer, but is not limited thereto.
  • a strain control layer (not shown) may be formed on the current spreading layer.
  • the strain control layer may be formed of In y Al x Ga (1-xy) N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1) / GaN, and the first conductivity type semiconductor layer 115. ) And stress due to lattice mismatch between the active layer 117 can be effectively alleviated.
  • the active layer 117 is intrinsic to the active layer (light emitting layer) material because electrons injected through the first conductive semiconductor layer 115 and holes injected through the second conductive semiconductor layer 119 formed thereafter meet each other.
  • the active layer 117 may be formed of at least one of a single quantum well structure, a multi quantum well structure (MQW), a quantum-wire structure, or a quantum dot structure.
  • MQW multi quantum well structure
  • quantum-wire structure a quantum-wire structure
  • quantum dot structure a quantum dot structure
  • the active layer 117 may be injected with trimethyl gallium gas (TMGa), ammonia gas (NH 3 ), nitrogen gas (N 2 ), and trimethyl indium gas (TMIn) to form a multi-quantum well structure. It is not limited to this.
  • TMGa trimethyl gallium gas
  • NH 3 ammonia gas
  • N 2 nitrogen gas
  • TMIn trimethyl indium gas
  • the active layer 117 may include a well layer / barrier layer structure.
  • the active layer 117 may be formed of any one or more pair structures of InGaN / GaN, InGaN / InGaN, GaN / AlGaN, InAlGaN / GaN, GaAs / AlGaAs, InGaAs / AlGaAs, GaP / AlGaP, InGaP / AlGaP. But it is not limited thereto.
  • the well layer may be formed of a material having a lower band gap than the band gap of the barrier layer.
  • an electron blocking layer (not shown) may be formed on the active layer 117, and the electron blocking layer may serve as an electron blocking and an cladding of the active layer to improve luminous efficiency.
  • the electron blocking layer may be formed of Al x In y Ga (1-xy) N (0 ⁇ x ⁇ 1,0 ⁇ y ⁇ 1) semiconductor, and an energy band gap of the active layer 117 Rather, it may have a higher energy band gap.
  • the electron blocking layer may be formed of Al z Ga (1-z) N / GaN (0 ⁇ z ⁇ 1) superlattice, but is not limited thereto.
  • the electron blocking layer may efficiently block electrons overflowed by ion implantation into a p-type and increase hole injection efficiency.
  • the second conductive semiconductor layer 119 may be formed of a semiconductor compound, for example, a compound semiconductor such as Groups 3-5 and 2-6, and may be doped with a second conductive dopant.
  • the second conductive semiconductor layer 119 is a semiconductor having a composition formula of In x Al y Ga 1-xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1). It may include a substance.
  • the second conductivity type semiconductor layer 119 is a p type semiconductor layer
  • the second conductivity type dopant may include Mg, Zn, Ca, Sr, Ba, or the like as a p type dopant.
  • the second conductivity-type semiconductor layer 119 is a bicetyl cyclone containing p-type impurities such as trimethyl gallium gas (TMGa), ammonia gas (NH 3 ), nitrogen gas (N 2 ), and magnesium (Mg) in the chamber.
  • TMGa trimethyl gallium gas
  • NH 3 ammonia gas
  • N 2 nitrogen gas
  • Mg magnesium
  • Pentadienyl magnesium (EtCp 2 Mg) ⁇ Mg (C 2 H 5 C 5 H 4 ) 2 ⁇ may be injected to form a p-type GaN layer, but is not limited thereto.
  • the first conductive semiconductor layer 115 may be an n-type semiconductor layer
  • the second conductive semiconductor layer 119 may be a p-type semiconductor layer, but is not limited thereto.
  • a semiconductor for example, an n-type semiconductor layer (not shown) having a polarity opposite to that of the second conductive type may be formed on the second conductive type semiconductor layer 119.
  • the light emitting structure 120 of the embodiment may be implemented as any one of an n-p junction structure, a p-n junction structure, an n-p-n junction structure, and a p-n-p junction structure.
  • the first conductive semiconductor layer 115 is formed by forming a recess A1 in which a portion of the second conductive semiconductor layer 119, the electron blocking layer, and the active layer 117 is removed.
  • the top surface of can be exposed. In this case, some top surfaces of the first conductivity-type semiconductor layer 115 may also be removed, but are not limited thereto.
  • an electrode layer 131 may be formed on the second conductivity-type semiconductor layer 119.
  • the electrode layer 131 may include an ohmic layer, and may be formed by stacking a single metal, a metal alloy, a metal oxide, or the like in multiple layers to efficiently inject holes.
  • the electrode layer 131 may be formed of an excellent material which is in electrical contact with a semiconductor.
  • the electrode layer 131 may include indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), indium aluminum zinc oxide (IAZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), and IGTO (IGTO).
  • indium gallium tin oxide AZO
  • aluminum zinc oxide AZO
  • antimony tin oxide ATO
  • gallium zinc oxide GZO
  • IZO IZO Nitride
  • AGZO Al-Ga ZnO
  • IGZO In-Ga ZnO
  • ZnO IrOx, RuOx, NiO, RuOx / ITO, Ni / IrOx / Au, and Ni / IrOx / Au / ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, It may be formed including at least one of Au and Hf, but is not limited to these materials.
  • a second electrode 137 and a first electrode 135 may be formed on the electrode layer 131 and the first conductive semiconductor layer 115, respectively.
  • the first electrode 135 and the second electrode 137 are titanium (Ti), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), platinum (Pt), gold (Au), tungsten (W), It may be formed of at least one of molybdenum (Mo), but is not limited thereto.
  • an insulating layer 133 may be formed on the electrode layer 131.
  • the insulating layer 133 may be formed by sputtering or deposition.
  • the insulating layer 133 is formed on an area except for the first electrode 135 and the second electrode 137, and the upper surface of the electrode layer 131 and the second conductive semiconductor layer 119, and The exposed region of the first conductive semiconductor layer 115 is covered.
  • the insulating layer 133 may include an insulating material or an insulating resin such as oxides, nitrides, fluorides, sulfides, and the like of Al, Cr, Si, Ti, Zn, and Zr.
  • the insulating layer 133 may be selectively formed of, for example, SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , or TiO 2 .
  • the insulating layer 133 may be formed as a single layer or a multilayer, but is not limited thereto.
  • an insulating member 151 may be formed on the first electrode 135, the second electrode 137, and the insulating layer 133.
  • the insulating member 151 may include a photosensitive material, resin or epoxy.
  • a photosensitive material resin or epoxy.
  • it may include polyimide, but is not limited thereto.
  • the insulating member 151 may be formed by adding a heat spreader to a resin such as silicon or epoxy.
  • the heat spreader may include at least one of an oxide, a nitride, a fluoride, and a sulfide having a material such as Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr, for example, a ceramic material.
  • the heat spreader may be defined as powder particles, granules, fillers, and additives of a predetermined size.
  • the heat spreader may include a ceramic material, and the ceramic material may include a low temperature co-fired ceramic (LTCC) or a high temperature co-fired ceramic (HTCC). .
  • LTCC low temperature co-fired ceramic
  • HTCC high temperature co-fired ceramic
  • the ceramic material may be formed of a metal nitride having higher thermal conductivity than nitride or oxide among insulating materials such as nitride or oxide, and the metal nitride may include, for example, a material having a thermal conductivity of 140 W / mK or more.
  • the ceramic material may be SiO 2 , Si x O y , Si 3 N 4 , Si x N y , SiO x N y , Al 2 O 3 , BN, Si 3 N 4 , SiC (SiC-BeO), BeO, CeO, It may be a ceramic series such as AlN.
  • the thermally conductive material may include components such as C (carbon) and CNT.
  • the heat spreader may be included in the insulation member 151 about 1 ⁇ 99Wt /%, and may be added at 50% or more for heat diffusion efficiency.
  • the insulating member 151 may be formed by mixing a polymer material with an ink or paste, and the method of mixing the polymer material may be a ball mill, a planetary ball mill, an impeller mixing, a bead mill, a basket mill. Etc. can be used. In this case, a solvent and a dispersant may be used for even dispersion, and the solvent may be added for viscosity control.
  • Solvents include water, methanol, ethanol, isopropanol, butylcabitol, MEK, toluene, xylene, diethylene glycol (DEG) and form Formamide (FA), ⁇ -terpineol (TP), ⁇ -butyrolactone (BL), methylcellosolve (MCS), propylmethylcellosolve (Propylmethylcellosolve ; PM) may include a single or a plurality of combinations. In order to further increase interparticle bonding, silane based additives may be incorporated.
  • the first mask 191 is formed on the insulating member 151, and the first hole B1 and the second hole B2 are formed in the region where the third electrode and the fourth electrode are to be formed.
  • the upper surfaces of the first electrode 135 and the second electrode 137 may be exposed.
  • the first mask 191 may be a stencil mask, but is not limited thereto.
  • the upper surfaces of the first electrode 135 and the second electrode 137 may be exposed as the insulating member region exposed by exposure is removed by reaction. It is not limited to this.
  • third electrodes 141 and 141a and fourth electrodes 143 and 143a may be formed in the first recess B1 and the second recess B2.
  • a second mask 192 may be formed, and the second mask 192 may also be a stencil mask.
  • the horizontal width exposed by the second mask 192 is equal to the horizontal width of the first electrode 135 or the second electrode 137 or the first portion 141 of the third electrode or the first portion 143 of the fourth electrode. It may be formed larger than the horizontal width of the through, so that the second portion 141a of the third electrode or the second portion 143a of the fourth electrode is the first portion 141 of the third electrode or the fourth electrode It may be formed wider than the horizontal width of one portion (143).
  • the first portion 141 of the third electrode, the first portion 143 of the fourth electrode, the second portion 141a of the third electrode, and the second portion 143a of the fourth electrode may be screen printed. Can be formed by a process.
  • the second part 141a of the third electrode or the second part 143a of the fourth electrode may be formed.
  • the material of the first part 141 of the third electrode, the second part 141a of the third electrode, the first part 143 of the fourth electrode, and the second part 143a of the fourth electrode is the same electrode material. It can be formed as.
  • an electrode of the first part 141 of the third electrode, the second part 141a of the third electrode, the first part 143 of the fourth electrode, and the second part 143a of the fourth electrode may be formed of a metal paste material.
  • the metal paste material may include any one of AuSi, AuGe, AuSn, PbIn, SnCu, SnCuNi, SnAg, SnAgCu, SnAgCuSb, SnPb, and BiSn, but is not limited thereto.
  • a metal paste method using screen printing may be used.
  • the metal paste method using screen printing enables mass production by connecting electrode processes within about 5 minutes, and can provide high quality products with high reproducibility of good products.
  • the length H1 of the first part 141 of the third electrode may be longer than the length H2 of the first part 143 of the fourth electrode.
  • the third electrode 141, 141a or the fourth electrode 143, 143a may have a second portion 141a of the third electrode extending at least one side or a second portion of the fourth electrode ( 143a) so that the second portion 141a of the third electrode or the second portion 143a of the fourth electrode in contact with the first pad electrode 173 or the second pad electrode 174 in a subsequent packaging process.
  • the horizontal width W15 of the second portion 141a of the third electrode or the horizontal width W25 of the second portion 143a of the fourth electrode is the horizontal width of the first electrode 135.
  • the electrical performance may be improved by being wider than the horizontal width W21 of the W11 or the second electrode 137.
  • the material of the second portion 141a of the third electrode or the second portion 143a of the fourth electrode may be the first portion 141 of the third electrode or the first portion 143 of the fourth electrode. And may each be formed of the same material. As a result, even when the temperature of the light emitting device or the light emitting device package rises, the second part 141a of the third electrode, the second part 143a of the fourth electrode, the first part 141 of the third electrode, and the fourth electrode of the third electrode. Since the thermal expansion coefficient of the second portion 143 is the same, electrical reliability may be increased.
  • the second portion 141a of the third electrode or the second portion 143a of the fourth electrode is formed to be in contact with the top surface of the insulating member 151, thereby increasing the rigidity of the physical structure. Physical coupling and electrical reliability between the first electrode 135 and the third electrodes 141 and 141a, the second electrode 137, and the fourth electrodes 143 and 143a may be improved.
  • the embodiment includes a first side electrode 135a or a second side electrode 137a extending to at least one side of the first electrode 135 or the second electrode 137, thereby emitting light.
  • the light generated by the device is reflected by the first side electrode 135a or the second side electrode 137a to the upper side of the light emitting device package, thereby improving the light extraction efficiency and improving the light efficiency. Since heat is effectively transferred to the first electrode 135 or the second electrode 137 by the first side electrode 135a or the second side electrode 137a, heat dissipation characteristics may be significantly improved.
  • the light extraction pattern P may be provided on the first substrate 111 to improve the light extraction efficiency.
  • the light extraction pattern may be formed on the exposed first conductive semiconductor layer 115 after the first substrate 111 is removed, but is not limited thereto.
  • the light emitting device 100 may be mounted on the module substrate 170 by a flip method, but is not limited thereto.
  • the module substrate 170 may be a printed circuit board (PCB) including a circuit pattern (not shown).
  • the module substrate 170 may include a resin-based PCB, a metal core PCB (MCPCB), a flexible PCB (FPCB, flexible PCB), and the like, but is not limited thereto.
  • the module substrate 170 includes a package substrate 171 and an insulating layer 172, and the first pad electrode 173 and the second pad electrode 174 formed through the insulating layer 172. It may include. The first pad electrode 173 and the second pad electrode 174 may supply power to the light emitting device 100.
  • a protective layer 175 is formed on an area except the first pad electrode 173 and the second pad electrode 174 on the insulating layer 172, and the protective layer 175 is a solder resist. As a layer, it may comprise a white or green protective layer. The protective layer 175 reflects the light efficiently, thereby improving the amount of reflected light.
  • the horizontal width W17 of the first pad electrode is wider than the horizontal width W11 of the first electrode or the horizontal width W13 of the first portion 141 of the third electrode.
  • the pad electrode 173 may secure a wide area in contact with the second portion 141a of the third electrode, thereby increasing physical and electrical reliability.
  • the horizontal width W27 of the second pad electrode is wider than the horizontal width W21 of the second electrode or the horizontal width W23 of the first portion 143 of the fourth electrode.
  • the second pad electrode 174 may secure a wide area in contact with the second portion 143a of the fourth electrode, thereby increasing physical and electrical reliability.
  • the light emitting device and the light emitting device package according to the embodiment may be applied to a backlight unit, a lighting unit, a display device, an indicator device, a lamp, a street light, a vehicle lighting device, a vehicle display device, a smart watch, but are not limited thereto.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view of a lighting system according to an embodiment.
  • the lighting apparatus may include a cover 2100, a light source module 2200, a heat radiator 2400, a power supply 2600, an inner case 2700, and a socket 2800.
  • the lighting apparatus according to the embodiment may further include any one or more of the member 2300 and the holder 2500.
  • the light source module 2200 may include a light emitting device 100, 103, 104, or a light emitting device package 200, 202, 203, or 204 according to an embodiment.
  • the light source module 2200 may include a light source unit 2210, a connection plate 2230, and a connector 2250.
  • the member 2300 is disposed on an upper surface of the heat dissipator 2400, and has a plurality of light source parts 2210 and guide grooves 2310 into which the connector 2250 is inserted.
  • the holder 2500 may block the accommodating groove 2719 of the insulating portion 2710 of the inner case 2700. Therefore, the power supply unit 2600 accommodated in the insulating unit 2710 of the inner case 2700 is sealed.
  • the holder 2500 has a guide protrusion 2510.
  • the power supply unit 2600 may include a protrusion 2610, a guide unit 2630, a base 2650, and an extension unit 2670.
  • the inner case 2700 may include a molding unit together with the power supply unit 2600 therein.
  • the molding part is a part where the molding liquid is hardened, so that the power supply part 2600 can be fixed inside the inner case 2700.

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Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다. 실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극; 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 노출하면서 상기 발광구조물 상에 배치되는 절연부재; 상기 제1 전극 상에 배치된 제3 전극; 상기 제2 전극 상에 배치된 제4 전극; 상기 제3 전극은 상기 제1 전극과 직접 접하는 제3 전극의 제1 부 및 상기 제3 전극의 제1 부 상에 상기 제3 전극의 제1 부 보다 넓은 수평폭을 갖는 제3 전극의 제2 부; 및 상기 제4 전극은 상기 제2 전극과 직접 접하는 제4 전극의 제1 부 및 상기 제4 전극의 제1 부 상에 상기 제4 전극의 제1 부 보다 넓은 수평폭을 갖는 제4 전극의 제2 부를 포함하여 광추출 효율 및 방열 특성을 개선할 수 있고, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

발광소자, 발광소자 패키지, 라이트 유닛 및 그 제조방법
실시예는 발광소자, 발광소자 패키지, 라이트 유닛 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드를 주기율표상에서 3-5족의 원소 또는 2-6족 원소가 화합되어 생성될 수 있고, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭 넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 예를 들어, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자, 적색(RED) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
한편, 최근의 반도체 산업은 각종 전자제품의 크기가 소형화되는 추세에 따라, 소형이면서도 고집적의 반도체 패키지를 제조하여 한정된 크기의 기판에 보다 많은 수의 반도체 칩을 실장시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
반도체소자인 발광소자 분야에는 고집적 추세에 따라 발광소자 실장기술로 플립칩 실장기술이 적용되고 있다.
발광소자의 플립칩 실장기술은 도전성 재질의 솔더범프를 이용하여 발광소자 칩을 패키지 기판에 직접 실장하는 기술로서, 패키지 기판과 발광소자 칩의 접속길이를 최소화시킬 수 있으며 별도의 와이어 공정이 필요하지 않다.
예를 들어, 종래기술의 플립칩 실장구조는 소정의 패키지 기판에 솔더 범프들이 형성되고, 발광소자 칩에는 상기 각각의 솔더 범프에 대응되는 금속 범프들이 형성되어, 솔더 범프와 금속 범프를 접합시키게 된다.
그런데, 이와 같은 종래기술에 따른 플립칩 실장구조에서는 발광소자 칩의 전극과 플립칩을 위해 형성되는 연결전극인 금속 범프의 계면에서 필링(peeling)이 발생하여 전기적 신뢰성에 저하되는 문제가 있다.
또한 종래기술에 의하면, 패키지 기판의 솔더 범프와 발광소자 칩의 금속 범프간의 접합 면적이 충분치 않아 전기적인 특성이 저하되는 문제가 있다.
또한 종래기술에 의하면, 발광소자 칩의 금속 범프 상에 Ni/Au 플레이팅(plating)에 의해 추가적인 접촉전극을 형성하는데, 금속 범프와 접촉전극의 열팽창계수의 차이에 의해 전기적이 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
또한 종래기술에 의하면, 발광소자 칩에서 발생된 열에 의해 발광소자의 전기적인 특성이 저하되는 문제가 있다.
또한 종래기술에 의하면, 발광소자 칩에서 발광된 빛의 상측으로의 반사률이 낮아 광추출 효율이 낮은 문제가 있다.
실시예는 신뢰성이 우수한 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
또한 실시예는 방열특성이 향상된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
또한 실시예는 광추출 효율이 향상된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극; 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 노출하면서 상기 발광구조물 상에 배치되는 절연부재; 상기 제1 전극 상에 배치된 제3 전극; 상기 제2 전극 상에 배치된 제4 전극; 상기 제3 전극은 상기 제1 전극과 직접 접하는 제3 전극의 제1 부 및 상기 제3 전극의 제1 부 상에 상기 제3 전극의 제1 부 보다 넓은 수평폭을 갖는 제3 전극의 제2 부; 및 상기 제4 전극은 상기 제2 전극과 직접 접하는 제4 전극의 제1 부 및 상기 제4 전극의 제1 부 상에 상기 제4 전극의 제1 부 보다 넓은 수평폭을 갖는 제4 전극의 제2 부를 포함하여 광추출 효율 및 방열 특성을 개선할 수 있고, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 패키지 기판; 상기 패키지 기판 상에 배치된 제1 패드 전극과 제2 패드 전극; 및 상기 패키지 기판 상에 배치되며 상기 제1 패드 전극, 제2 패드 전극과 전기적으로 연결되는 제1 항 내지 제11 항 중 어느 하나에 기재된 발광소자를 포함할 수 있다.
실시예에 다른 라이트 유닛은 이상의 발광소자를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 제조방법은 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 형성하는 단계; 상기 활성층 및 제2 도전형 반도체층의 일부가 제거되어 제1 도전형 반도체층의 상부가 노출되는 리세스를 형성하는 단계; 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계; 상기 발광구조물 상에 절연층을 형성하고, 상기 절연층, 제1 및 제2 전극 상에 절연부재를 형성하는 단계; 상기 절연부재 상에 제1 마스크가 배치되고, 상기 제1 및 제2 전극의 상면을 노출시키는 단계; 및 스크린 프린팅 공정으로 노출된 상기 제1 전극 상에 제1 전극과 연결되는 제3 전극의 제1 부 및 상기 제3 전극의 제1 부 보다 넓은 수평폭을 갖는 제3 전극의 제2 부를 포함하는 제3 전극, 상기 제2 전극 상에 제2 전극과 연결되는 제4 전극의 제1 부 및 상기 제4 전극의 제1 부 보다 넓은 수평폭을 갖는 제4 전극의 제2 부를 포함하는 제4 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예는 신뢰성이 우수한 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한 실시예는 광추출 효율이 향상된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한 실시예는 방열특성이 향상된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 2는 제2 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 3은 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 4는 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 5는 제3 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 6은 제4 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 7은 제3 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 8은 제4 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 9 내지 도 15는 실시예에 따른 발광소자 및 발광소자 패키지의 제조방법 공정단면도.
도 16은 실시예에 따른 조명 장치의 사시도.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
(실시예)
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이며, 도 3은 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지(200)의 단면도이며, 우선 도 1을 중심으로 실시예에 따른 발광소자를 설명하기로 한다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 도전형 반도체층(115), 활성층(117) 및 제2 도전형 반도체층(119)을 포함하는 발광구조물(120)과, 상기 제1 도전형 반도체층(115)에 전기적으로 연결된 제1 전극(135)과, 상기 제2 도전형 반도체층(119)에 전기적으로 연결된 제2 전극(137)과, 상기 제1 전극(135)과 상기 제2 전극(137)을 노출하면서 상기 발광구조물(120) 상에 배치되는 절연부재(151)와, 상기 제1 전극(135) 상에 제3 전극(141, 141a)과, 상기 제2 전극(137) 상에 제4 전극(143, 143a)을 포함할 수 있다.
종래기술에 따른 플립칩 실장구조에서는 패키지 기판의 솔더 범프와 발광소자 칩의 금속 범프간의 접촉면적이 충분치 않아 전기적인 특성이 저하되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 실시예의 상기 제3 전극(141, 141a)은 상기 제1 전극(135)과 직접 접하는 제3 전극의 제1 부(141)와, 상기 제3 전극의 제1 부(141)의 상측에서 적어도 일측면으로 연장된 제3 전극의 제2 부(141a)를 포함할 수 있다. 또한, 실시예의 상기 제4 전극(143, 143a)은 상기 제2 전극(137)과 직접 접하는 제4 전극의 제1 부(143)와, 상기 제4 전극의 제1 부(143)의 상측에서 적어도 일측면으로 연장된 제4 전극의 제2 부(143a)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 제3 전극의 제2 부(141a)는 상기 제3 전극의 제1 부(141) 상에 배치될 수 있고, 상기 제4 전극의 제2 부(143a)은 상기 제4 전극의 제1 부(143) 상에 배치될 수 있다. 상기 제3 전극의 제2 부(141a) 및 제4 전극의 제2 부(143a)의 상부면은 상기 절연부재(151)로부터 외부에 노출될 수 잇다. 상기 제3 전극의 제2 부(141a) 및 제4 전극의 제2 부(143a)의 일부는 상기 절연부재(151) 상부면으로 연장될 수 있다. 상기 제3 전극의 제2 부(141a) 및 제4 전극의 제2 부(143a)의 일부는 상기 절연부재(151) 상부면 위에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 상기 제3 전극의 제2 부(141a) 및 제4 전극의 제2 부(143a)의 상부면은 상기 절연부재(151)로부터 노출되고, 상기 제3 전극의 제2 부(141a) 및 제4 전극의 제2 부(143a)의 측부들은 상기 절연부재(151)에 수용될 수 있다.
실시예에 의하면 도 3과 같이, 상기 제3 전극의 제1 부(141) 또는 상기 제4 전극의 제1 부(143)의 상측에서 적어도 일측면으로 연장된 제3 전극의 제2 부(141a) 또는 제4 전극의 제2 부(143a)를 포함함으로써, 이후 패키징 공정에서 제1 패드 전극(173) 또는 제2 패드 전극(174)과 접하는 상기 제3 전극의 제2 부(141a) 또는 제4 전극의 제2 부(143a)의 수평폭을 넓게 확보함으로써 결합력의 확대에 따른 물리적 신뢰성 및 전기적 신뢰성이 증대될 수 있다.
예를 들어, 도 1과 같이, 실시예에서 상기 제3 전극의 제2 부(141a)의 수평폭(W15)은 상기 제3 전극의 제1 부(141)의 수평폭(W13)보다 넓게 형성될 수 있다. 또는, 실시예에서 상기 제4 전극의 제2 부(143a)의 수평폭(W25)은 상기 상기 제4 전극의 제1 부(143)의 수평폭(W23)보다 넓게 형성될 수 있다.
실시예에 의하면 상기 제3 전극의 제2 부(141a)의 수평폭(W15) 또는 제4 전극의 제2 부(143a)의 수평폭(W25)이 상기 제3 전극의 제1 부(141)의 수평폭(W13) 또는 제4 전극의 제2 부 (143)의 수평폭(W23)에 비해 넓게 형성됨으로써, 제3 전극의 제2 부(141a) 또는 제4 전극의 제2 부(143a)이 제1 패드 전극(173) 또는 제2 패드 전극(174)과 각각 넓은 접촉면적으로 접하게 함으로써 물리적 또는 전기적인 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 전극의 제2 부(141a)의 수평폭(W15) 또는 상기 제4 전극의 제2 부(143a)의 수평폭(W25)이 상기 제3 전극의 제1 부(141)의 수평폭(W13) 또는 제4 전극의 제1 부(143)의 수평폭(W23)에 비해 약 1. 1 배 이상의 폭으로 형성되어 넓은 접촉면적을 확보함에 따라 전기적, 물리적 신뢰성이 향상될 수 있다.
상기 상기 제3 전극의 제2 부(141a)의 수평폭(W15) 또는 상기 제4 전극의 제2 부(143a)의 수평폭(W25)은 상호간에 전기적인 단락이 발생하지 않는 범위에서 넓은 폭으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 전극의 제2 부 (141a)의 수평폭(W15) 또는 상기 제4 전극의 제2 부 (143a)의 수평폭(W25)이 상기 제3 전극의 제1 부(141)의 수평폭(W13) 또는 제4 전극의 제1 부(143)의 수평폭(W23)에 비해 약 1.2배 내지 3.0배 범위의 폭을 구비할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 제3 전극의 제2 부(141a)의 수평폭(W15) 또는 상기 제4 전극의 제2 부(143a)의 수평폭(W25)이 상기 제3 전극의 제1 부(141)의 수평폭(W13) 또는 제4 전극의 제2 부(143)의 수평폭(W23)에 비해 약 1.2배 내지 1.4배 넓은 폭을 구비할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 제3 전극의 제1 부(141)의 수평폭(W13) 또는 제4 전극의 제1 부(143)의 수평폭(W23)이 약 50㎛ 내지 500㎛인 경우, 상기 제3 전극의 제2 부(141a)의 수평폭(W15) 또는 상기 제3 전극의 제2 부(143a)의 수평폭(W25)이 약 70㎛ 내지 600㎛일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 실시예에 의하면 상기 제3 전극의 제2 부(141a)의 수평폭(W15) 또는 제4 전극의 제2 부(143a)의 수평폭(W25)이 상기 제1 전극(135)의 수평폭(W11) 또는 제2 전극(137)의 수평폭(W21)보다 넓게 형성됨으로써 전기적 성능을 향상시킬 수 있다.
한편 종래기술에 의하면, 발광소자 칩의 금속 범프 상에 Ni/Au 플레이팅(plating)에 의해 추가적인 접촉전극을 형성하는데, 금속 범프와 접촉전극의 열팽창계수의 차이에 의해 전기적이 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 실시예에서 상기 제3 전극의 제2 부(141a) 또는 제4 전극의 제2 부(143a)의 물질은 상기 제3 전극의 제1 부(141) 또는 제4 전극의 제1 부(143)와 각각 같은 물질로 형성될 수 있다. 이를 통해 발광소자 또는 발광소자 패키지의 온도가 상승하더라도 제3 전극의 제2 부(141a), 제4 전극의 제2 부(143a)과 제3 전극의 제1 부(141), 제4 전극의 제1 부(143)의 열팽창 계수가 같으므로 전기적인 신뢰성이 증대될 수 있다.
한편, 종래기술에 따른 플립칩 실장구조에서는 발광소자 칩 상의 전극과 금속 범프의 계면에서 필링(peeling)이 발생하여 전기적 신뢰성에 저하되는 문제가 있다.
이에 실시예에서 상기 제3 전극의 제2 부(141a) 또는 제4 전극의 제2 부(143a)은 상기 절연부재(151)의 상면과 접하도록 형성됨으로써 물리적인 구조의 견고성을 높임에 따라 제1 전극(135)과 제3 전극(141, 141a) 사이 및 제2 전극(137)과 제4 전극(143, 143a) 사이 간의 물리적인 결합성, 전기적인 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 절연부재(151)는 감광성 물질, 레진 또는 에폭시 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 절연부재(151)가 감광성 물질로 형성되는 경우 폴리이미드(polyimide)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 절연부재(151)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지물 내에 열 확산제를 첨가하여 형성될 수 있다. 상기 열 확산제는 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr과 같은 물질을 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 황화물 중 적어도 하나의 물질 예컨대, 세라믹 재질을 포함할 수 있다. 상기 열 확산제는 소정 크기의 분말 입자, 알갱이, 필러(filler), 첨가제로 정의될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 3에 도시된 구성 중 미설명 도면부호는 이하 제조방법에서 설명하기로 한다.
도 2는 제2 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이며, 도 4는 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지(202)의 단면도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제2 시시예의 기술적인 특징을 위주로 설명하기로 한다.
종래기술에 의하면, 발광소자 칩에서 발광된 빛의 상측으로 반사률이 낮아 광추출 효율이 낮은 문제가 있으며, 발광소자 칩에서 발생된 열에 의해 발광소자의 전기적인 특성이 저하되는 문제가 있다.
이에 제2 실시예는 상기 제1 전극(135)의 적어도 일측면으로 연장된 제1 측면 전극(135a)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 측면 전극(135a)은 상기 제1 전극(135)에서 절연층(133)을 개재하여 제1 도전형 반도체층(115) 상면을 따라 측면으로 연장될 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예는 상기 제1 전극(135)의 일측면으로 연장된 제1 측면 전극(135a)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 실시예는 상기 제1 전극(135)의 양측면으로 연장된 제1 측면 전극(135a)을 포함할 수 있다.
또한 제2 실시예는 상기 제2 전극(137)의 적어도 일측면으로 연장된 제2 측면 전극(137a)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 측면 전극(137a)은 상기 제2 전극(137)에서 절연층(133)을 개재하여 제2 도전형 반도체층(119) 상면을 따라 측면으로 연장될 수 있다.
제2 실시예는 상기 제2 전극(137)의 일측면으로 연장된 제2 측면 전극(137a)을 포함할 수 있다. 또한 제2 실시예는 상기 제2 전극(137)의 적어도 양측면으로 연장된 제2 측면 전극(137a)을 포함할 수 있다.
제2 실시예에 의하면, 상기 발광구조물(120), 상기 제1 측면 전극(135a), 상기 제2 측면 전극(137a)의 측면에 절연층으로 패시베이션층이 형성되어 전기적인 단락을 방지할 수 있다.
제2 실시예에 의하면, 상기 제1 전극(135) 또는 제2 전극(137)의 적어도 일측면으로 연장된 제1 측면 전극(135a) 또는 제2 측면 전극(137a)을 포함으로써, 발광소자에서 발생된 빛이 제1 측면 전극(135a) 또는 제2 측면 전극(137a)에 의해 발광소자 패키지의 상측으로 반사됨으로써 광추출 효율을 향상시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 제2 실시예에 의하면, 상기 제1 전극(135) 또는 제2 전극(137)의 적어도 일측면으로 연장된 제1 측면 전극(135a) 또는 제2 측면 전극(137a)을 포함으로써, 발광소자에서 발생된 열이 제1 측면 전극(135a) 또는 제2 측면 전극(137a)에 의해 제1 전극(135) 또는 제2 전극(137)으로 효과적으로 전달됨으로써 방열특성이 현저히 향상될 수 있다.
또한 도 4와 같이, 제2 실시예에 의하면 제1 기판(111) 상에 광추출 패턴(P)을 구비하여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 제2 실시예에 의하면 광추출 패턴이 제1 기판(111)이 제거된 후, 노출되는 제1 도전형 반도체층(115)에 형성될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예는 신뢰성이 우수한 발광소자 및 발광소자 패키지를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 광추출 효율이 향상되고, 방열특성이 향상된 발광소자 및 발광소자 패키지를 제공할 수 있다.
이하 도 5 내지 도 8을 참조하여 제3, 제4 실시예에 따른 발광소자, 발광소자 패키지를 설명하기로 한다.
도 5는 제3 실시예에 따른 발광소자(103)의 단면도이며, 도 7은 제3 실시예에 따른 발광소자 패키지(203)의 단면도이다.
제3 실시예는 제1 실시예 또는 제2 실시예의 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제3 실시예의 특징 위주로 설명하기로 한다.
제3 실시예에 따른 발광소자(103)는 제1 도전형 반도체층(115), 활성층(117) 및 제2 도전형 반도체층(119)을 포함하는 발광구조물(120)과, 상기 제2 도전형 반도체층(119)과 상기 활성층(117)을 일부 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(115)에 전기적으로 연결된 관통 전극(136)과, 상기 관통 전극(136)에 전기적으로 연결된 제1 전극(138)과, 상기 제2 도전형 반도체층(119)에 전기적으로 연결된 제2 전극(139)과, 상기 제1 전극(138)과 상기 제2 전극(139)을 노출하면서 상기 발광구조물(120) 상에 배치되는 절연부재(151)를 포함할 수 있다.
제3 실시예에서 상기 발광구조물(120)은 제2 기판(112) 상에 형성될 수 있다. 상기 제2 기판(112)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일수 있다. 예를 들어, 상기 제2 기판(112)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, 또는 Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
제3 실시예는 제2 도전형 반도체층(119) 상에 오믹층(132a)과 반사층(132b)을 포함할 수 있다. 상기 오믹층(132a)은 캐리어 주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 오믹층(132a)은 반도체와 전기적인 접촉인 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 오믹층(132a)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
또한, 상기 반사층(132b)은 반사성이 우수하고, 전기적인 접촉이 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 반사층(132b)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
상기 관통 전극(136)은 제1 절연층(134)을 개재하여 발광구조물(120) 상에 형성될 수 있으며, 제2 절연층(135)은 반사층(132b)과 관통 전극(136)의 일부를 노출하면서 발광구조물(120) 상에 형성될 수 있다. 상기 제1 절연층(134) 또는 제2 절연층(135)은 산화물 또는 질화물 등의 절연물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전극(138)과 상기 제2 전극(139)은 노출된 관통 전극(136) 및 반사층(132b)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 절연부재(151)는 감광성 물질, 레진 또는 에폭시 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 절연부재(151)가 감광성 물질로 형성되는 경우 폴리이미드(polyimide)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 절연부재(151)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지물 내에 열 확산제를 첨가하여 형성될 수 있다. 상기 열 확산제는 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr과 같은 물질을 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 황화물 중 적어도 하나의 물질 예컨대, 세라믹 재질을 포함할 수 있다. 상기 열 확산제는 소정 크기의 분말 입자, 알갱이, 필러(filler), 첨가제로 정의될 수 있다.
제3 실시예는 상기 제1 전극(138) 상에 배치된 제3 전극(145, 145a)을 포함할 수 있다. 상기 제3 전극(145, 145a)은 상기 제1 전극(138)과 직접 접하는 제3 전극의 제1 부(145)와, 제3 전극의 제1 부(145) 상의 제3 전극의 제2 부(145a)를 포함할 수 있다. 상기 제3 전극의 제2 부(145a)는 제3 전극의 제1 부(145)의 상측에서 적어도 일측면으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제3 실시예는 상기 제3 전극의 제1 부(145)의 상측에서 일측면으로 연장된 제3 전극의 제2 부(145a)를 포함할 수 있다. 또한, 제3 실시예는 상기 제3 전극의 제1 부(145)의 상측에서 적어도 양측면으로 연장된 제3 전극의 제2 부(145a)을 포함할 수 있다.
또한 제3 실시예는 상기 제2 전극(139) 상에 배치된 제4 전극(147, 147a)을 포함할 수 있다. 상기 제4 전극(147, 147a)은 상기 제2 전극(139)과 직접 접하는 제4 전극의 제1 부(147)와, 상기 제4 전극의 제1 부(147) 상의 제4 전극의 제2 부(147a)를 포함할 수 있다. 상기 제4 전극의 제2 부(147a)는 상기 제4 전극의 제1 부(147)의 상측에서 적어도 일측면으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제3 실시예는 상기 제4 전극의 제1 부(147)의 상측에서 일측면으로 연장된 상기 제4 전극의 제2 부(147a)를 포함할 수 있다. 또한, 제3 실시예는 상기 제4 전극의 제1 부(147)의 상측에서 양측면으로 연장된 제4 전극의 제2 부(147a)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 제3 전극의 제2 부(145a)는 상기 제3 전극의 제1 부(145) 상에 배치될 수 있고, 상기 제4 전극의 제2 부(147a)은 상기 제4 전극의 제1 부(147) 상에 배치될 수 있다. 상기 제3 전극의 제2 부(145a) 및 제4 전극의 제2 부(147a)의 상부면은 상기 절연부재(151)로부터 외부에 노출될 수 잇다. 상기 제3 전극의 제2 부(145a) 및 제4 전극의 제2 부(147a)의 일부는 상기 절연부재(151) 상부면으로 연장될 수 있다. 상기 제3 전극의 제2 부(145a) 및 제4 전극의 제2 부(147a)의 일부는 상기 절연부재(151) 상부면 위에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 상기 제3 전극의 제2 부(145a) 및 제4 전극의 제2 부(147a)의 상부면은 상기 절연부재(151)로부터 노출되고, 상기 제3 전극의 제2 부(145a) 및 제4 전극의 제2 부(147a)의 측부들은 상기 절연부재(151)에 수용될 수 있다.
제3 실시예에 의하면, 상기 제3 전극의 제1 부(145) 또는 상기 제4 전극의 제1 부(147)의 상측에서 적어도 일측면으로 연장된 제3 전극의 제2 부(145a) 또는 제4 전극의 제2 부 (147a)을 포함함으로써, 도 7과 같이 이후 패키징 공정에서 제3 패드 전극(173) 또는 제4 패드 전극(174)과 접하는 제3 전극의 제2 부(145a) 또는 제4 전극의 제2 부(147a)의 수평폭을 넓게 확보함으로써 결합력의 확대에 따른 물리적 신뢰성 및 전기적 신뢰성이 증대될 수 있다.
예를 들어 도 7과 같이, 제3 실시예에 의하면 상기 제3 전극의 제2 부(145a)의 수평폭(W35) 또는 제4 전극의 제2 부(147a)의 수평폭(W45)이 상기 제3 전극의 제1 부(145)의 수평폭(W33) 또는 제3 전극의 제1 부(147)의 수평폭(W43)에 비해 넓게 형성됨으로써, 제3 전극의 제2 부(145a) 또는 제4 전극의 제2 부(147a)이 제3 패드 전극(173) 또는 제4 패드 전극(174)과 각각 넓은 접촉면적으로 접하게 함으로써 물리적 또는 전기적인 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 전극의 제2 부(145a)의 수평폭(W35) 또는 상기 제4 전극의 제2 부(147a)의 수평폭(W45)이 상기 제3 전극의 제1 부(145)의 수평폭(W33) 또는 제4 전극의 제1 부(147)의 수평폭(W43)에 비해 약 1. 1 배 이상의 폭으로 형성되어 넓은 접촉면적을 확보함에 따라 전기적, 물리적 신뢰성이 향상될 수 있다.
상기 상기 제3 전극의 제2 부(145a)의 수평폭(W35) 또는 상기 제4 전극의 제2 부(147a)의 수평폭(W45)은 상호간에 전기적인 단락이 발생하지 않는 범위에서 넓은 폭으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 전극의 제2 부(145a)의 수평폭(W35) 또는 상기 제4 전극의 제2 부(147a)의 수평폭(W45)이 상기 제3 전극의 제1 부(145)의 수평폭(W33) 또는 제3 전극의 제1 부(147)의 수평폭(W43)에 비해 약 1.2배 내지 3.0배 범위의 폭을 구비할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 제3 전극의 제2 부(145a)의 수평폭(W35) 또는 상기 제4 전극의 제2 부(147a)의 수평폭(W45)이 상기 제3 전극의 제1 부(145)의 수평폭(W33) 또는 제4 전극의 제1 부(147)의 수평폭(W43)에 비해 약 1.2배 내지 1.4배 넓은 폭을 구비할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 제3 전극의 제1 부(145)의 수평폭(W33) 또는 제4 전극의 제1 부(147)의 수평폭(W43)이 약 50㎛ 내지 500㎛인 경우, 상기 제3 전극의 제2 부(145a)의 수평폭(W35) 또는 상기 제4 전극의 제2 부(147a)의 수평폭(W45)이 약 70㎛ 내지 600㎛일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 제3 실시예에 의하면 상기 제1 전극(138)의 수평폭(W31) 또는 제2 전극(139)의 수평폭(W41)이 상기 제3 전극의 제2 부(145a)의 수평폭(W35) 또는 제4 전극의 제2 부(147a)의 수평폭(W45) 보다 각각 넓게 형성되어 열방출 효율을 향상시킬 수 있고, 발광된 빛의 반사율을 높여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 실시예에 의하면, 상기 제1 전극(138)과 상기 제2 전극(139) 사이의 제2 거리(D2)는 상기 제3 전극의 제2 부(145a)과 상기 제4 전극의 제2 부(147a) 사이의 제1 거리(D1)에 비해 좁게 형성되어, 상기 제1 전극(138)의 수평폭(W31) 또는 제2 전극(139)의 수평폭(W41)의 수평폭을 최대한 확보함으로써 반사율 향상에 따른 광출력 향상과, 열방출 효율 향상에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
제3 실시예에서 상기 제3 전극의 제2 부(145a) 또는 제4 전극의 제2 부(147a)의 물질은 상기 제3 전극의 제1 부(145) 또는 제4 전극의 제1 부(147)과 각각 같은 물질로 형성될 수 있다. 이를 통해 발광소자 또는 발광소자 패키지의 온도가 상승하더라도 제3 전극의 제2 부(145a), 제4 전극의 제2 부(147a)과 제3 전극의 제1 부(145), 제4 전극의 제1 부 (147)의 열팽창 계수가 같으므로 전기적인 신뢰성이 증대될 수 있다.
제3 실시예에서 상기 제3 전극의 제2 부(145a) 또는 제4 전극의 제2 부(147a)은 상기 절연부재(151)의 상면과 접하도록 형성됨으로써 물리적인 구조의 견고성을 높임에 따라 제1 전극(138), 제2 전극(139)과 제3 전극의 제1 부(145), 제4 전극의 제1 부(147) 간의 물리적인 결합성, 전기적인 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 6은 제4 실시예에 따른 발광소자(104)의 단면도이며, 도 8은 제4 실시예에 따른 발광소자 패키지(204)의 단면도이다.
제4 실시예는 제3 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제4 시시예의 기술적인 특징을 위주로 설명하기로 한다.
종래기술에 의하면, 발광소자 칩에서 발광된 빛의 상측으로 반사률이 낮아 광추출 효율이 낮은 문제가 있으며, 발광소자 칩에서 발생된 열에 의해 발광소자의 전기적인 특성이 저하되는 문제가 있다.
이에 제4 실시예는 상기 제1 전극(138)의 적어도 일측면으로 연장된 제3 측면 전극(138a)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 측면전극(138a)은 발광구조물(120)의 일측이 일부 제거된 메사 에지 영역으로 하측 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 측면전극(138a)은 제1 절연층(134)을 개재하여 발광구조물(120)의 측면을 따라 하측으로 연장될 수 있고, 상기 제3 측면전극(138a)의 저면은 활성층(117) 보다 낮게 위치할 수 있다.
또한 제4 실시예는 상기 제2 전극(139)의 적어도 일측면으로 연장된 제4 측면 전극(139a)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 측면 전극(139a)은 발광구조물(120)의 타측이 일부 제거된 메사 에지 영역으로 하측 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 측면 전극(139a)은 제1 절연층(134)을 개재하여 발광구조물(120)의 측면을 따라 하측으로 연장될 수 있고, 상기 제4 측면 전극(139a)의 저면은 활성층(117) 보다 낮게 위치할 수 있다.
제4 실시예에 의하면, 상기 제1 전극(138) 또는 제2 전극(139)의 적어도 일측면으로 연장된 제3 측면 전극(138a) 또는 제4 측면 전극(139a)을 포함함으로써, 발광소자에서 발생된 빛이 제3 측면 전극(138a) 또는 제4 측면 전극(139a)에 의해 발광소자 패키지의 상측으로 반사됨으로써 광추출 효율을 향상시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 제4 실시예에 의하면, 상기 제1 전극(138) 또는 제2 전극(139)의 적어도 일측면으로 연장된 제3 측면 전극(138a) 또는 제4 측면 전극(139a)을 포함으로써, 발광소자에서 발생된 열이 제3 측면 전극(138a) 또는 제4 측면 전극(139a)에 의해 제1 전극(138) 또는 제2 전극(139)으로 효과적으로 전달됨으로써 방열특성이 현저히 향상될 수 있다.
도 7과 제8은 제3 또는 제4 실시예에 따른 발광소자 패키지(203, 204)이다.
제3 또는 제4 실시예에서 발광소자(103, 104)는 모듈 기판(170) 상에 플립 방식으로 탑재될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 제3 또는 제4 실시예에 따른 발광소자 패키지(203, 204)는 패키지 기판(171)과, 상기 패키지 기판(171) 상에 배치된 제1 패드 전극(173)과 제2 패드 전극(174) 및 상기 패키지 기판(171) 상에 배치되며 상기 제1 패드 전극(173), 제2 패드 전극(174)과 전기적으로 연결되는 제3 또는 제4 실시예에 따른 발광소자(103, 104)를 포함할 수 있다.
상기 모듈 기판(170)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 모듈 기판(170)은 수지 계열의 PCB, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에서 모듈 기판(170)은 패키지 기판(171), 절연층(172)을 포함하며, 상기 절연층(172)을 관통하여 형성되는 제1 패드 전극(173) 및 제2 패드 전극(174)을 포함할 수 있다. 상기 제1 패드 전극(173) 및 제2 패드 전극(174)는 제3 또는 제4 발광소자(103, 104)에 전원을 공급해 주게 된다.
상기 절연층(172) 상에는 상기 제1 패드 전극(173), 제2 패드 전극(174) 영역을 제외한 영역에 보호층(175)이 형성되며, 상기 보호층(175)은 솔더 레지스트(Solder resist) 층으로서, 백색 또는 녹색 보호층을 포함할 수 있다.
상기 보호층(175)은 광을 효율적으로 반사시켜 주어, 반사 광량을 개선시켜 줄 수 있다.
실시예에서 상기 제1 패드 전극의 수평폭(W37)은 상기 제3 연결전극의 수평폭(W33)에 비해 넓게 형성되어, 제1 패드 전극(173)이 제3 돌출 전극(145a)과 접하는 면적을 넓게 확보하여 물리적 신뢰성 및 전기적 신뢰성이 증대될 수 있다.
또한 실시예에서 상기 제2 패드 전극의 수평폭(W47)은 상기 제4 연결전극의 수평폭(W43)에 비해 넓게 형성되어, 제2 패드 전극(174)이 제4 돌출 전극(147a)과 접하는 면적을 넓게 확보하여 물리적 신뢰성 및 전기적 신뢰성이 증대될 수 있다.
이하 도 9 내지 도 15를 참조하여 실시예에 따른 발광소자 및 발광소자 패키지의 제조방법을 설명하기로 한다. 한편, 도 9 내지 도 15는 제1 실시예를 기준으로 도시되어 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 도 9와 같이 제1 기판(111)을 준비한다. 상기 제1 기판(111)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일수 있다.
예를 들어, 상기 제1 기판(111)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 제1 기판(111) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1 기판(111)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
이후, 상기 제1 기판(111) 상에 제1 도전형 반도체층(115), 활성층(117) 및 제2 도전형 반도체층(119)을 포함하는 발광구조물(120)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1 기판(111) 위에는 버퍼층(113)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(113)은 상기 발광구조물(120)의 재료와 제1 기판(111)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있다.
예를 들어, 상기 버퍼층(113)은 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(113) 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(115)은 반도체 화합물, 예를 들어 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(115)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(115)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(115)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(115)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 N형 GaN층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(115)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 실리콘(Si)와 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 제1 도전형 반도체층(115) 상에 전류확산층(미도시)을 형성될 수 있다. 상기 전류확산층은 언도프트 질화갈륨층(undoped GaN layer)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 실시예는 전류확산층 상에 스트레인 제어층(미도시)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 스트레인 제어층은 InyAlxGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)/GaN 등으로 형성될 수 있으며, 제1 도전형 반도체층(115)과 활성층(117) 사이의 격자 불일치로 인한 응력을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
실시예에서 상기 활성층(117)은 제1 도전형 반도체층(115)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(119)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(117)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 활성층(117)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(117)의 우물층/장벽층 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(117)은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs, GaP/AlGaP, InGaP/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
실시예에서 상기 활성층(117) 상에는 전자차단층(미도시)이 형성될 수 있고, 상기 전자차단층은 전자 차단(electron blocking) 및 활성층의 클래딩(MQW cladding) 역할을 해줌으로써 발광효율을 개선할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자차단층은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(117)의 에너지 밴드 갭보다는 높은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있다.
또한, 상기 전자차단층은 AlzGa(1-z)N/GaN(0≤z≤1) 초격자(superlattice)로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전자차단층은 p형으로 이온주입되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(119)은 반도체 화합물, 예를 들어 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(119)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(119)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(119)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(115)은 n형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(119)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 상기 제2 도전형 반도체층(119) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 n형 반도체층(미도시)이 형성될 수 있다.
이에 따라 실시예의 발광구조물(120)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
다음으로 도 9와 같이, 상기 제2 도전형 반도체층(119), 상기 전자차단층, 상기 활성층(117)의 일부가 제거되는 리세스(A1)를 형성하여 제1 도전형 반도체층(115)의 상면이 노출될 수 있다. 이때, 상기 제1 도전형 반도체층(115)의 일부 상면도 제거될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 도 10과 같이, 상기 제2 도전형 반도체층(119) 상에 전극층(131)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 전극층(131)은 오믹층을 포함할 수 있으며, 정공주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 전극층(131)은 반도체와 전기적인 접촉인 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극층(131)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
다음으로 도 11과 같이, 상기 전극층(131)과 상기 제1 도전형 반도체층(115) 상에 제2 전극(137)과 제1 전극(135)이 각각 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(135)과 제2 전극(137)은 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 도 12와 같이, 상기 전극층(131) 위에 절연층(133)이 형성될 수 있다. 상기 절연층(133)은 스퍼터 또는 증착 방식으로 형성될 수 있다. 상기 절연층(133)은 상기 제1 전극(135) 및 상기 제2 전극(137)을 제외한 영역 상에 형성되어, 상기 전극층(131) 및 상기 제2 도전형 반도체층(119)의 상면, 상기 제1도전형 반도체층(115)의 노출된 영역을 커버하게 된다.
상기 절연층(133)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr과 같은 물질의 산화물, 질화물, 불화물, 황화물 등 절연물질 또는 절연성 수지를 포함할 수 있다. 상기 절연층(133)은 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 절연층(133)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
다음으로, 상기 제1 전극(135), 상기 제2 전극(137) 및 상기 절연층(133) 상에 절연부재(151)가 형성될 수 있다.
상기 절연부재(151)는 감광성 물질, 레진 또는 에폭시 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연부재(151)가 감광성 물질로 형성되는 경우 폴리이미드(polyimide)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 절연부재(151)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지물 내에 열 확산제를 첨가하여 형성될 수 있다. 상기 열 확산제는 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr과 같은 물질을 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 황화물 중 적어도 하나의 물질 예컨대, 세라믹 재질을 포함할 수 있다. 상기 열 확산제는 소정 크기의 분말 입자, 알갱이, 필러(filler), 첨가제로 정의될 수 있다.
상기 열 확산제는 세라믹 재질을 포함하며, 상기 세라믹 재질은 동시 소성되는 저온 소성 세라믹(LTCC: low temperature co-fired ceramic) 또는 고온 소성 세라믹(HTCC: high temperature co-fired ceramic)을 포함할 수 있다.
상기 세라믹 재질은 질화물 또는 산화물과 같은 절연성 물질 중에서 열 전도도가 질화물이나 산화물보다 높은 금속 질화물로 형성될 수 있으며, 상기 금속 질화물은 예컨대, 열 전도도가 140 W/mK 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 세라믹 재질은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, BN, Si3N4, SiC(SiC-BeO), BeO, CeO, AlN와 같은 세라믹 (Ceramic) 계열일 수 있다. 상기 열 전도성 물질은 C(탄소), CNT 등의 성분을 포함할 수 있다. 상기 열 확산제는 상기 절연부재(151) 내에 1~99Wt/% 정도로 포함될 수 있어, 열 확산 효율을 위해 50% 이상으로 첨가될 수 있다.
상기 절연부재(151)는 잉크 또는 페이스트에 고분자 물질을 혼합하여 형성될 수 있으며, 상기 고분자 물질의 혼합 방식은 볼밀, 유성 볼밀, 임펠라 믹싱, 비드밀(Bead Mill), 배스켓 밀(Basket Mill) 등을 이용할 수 있다. 이 경우 고른 분산을 위하여 용매와 분산제가 사용될 수 있으며, 용매는 점도 조절을 위해 첨가될 수 있다.
용매로는 물, 메탄올(Methanol), 에탄올(ethanol), 이소프로판올(isopropanol), 부틸카비톨(butylcabitol), MEK, 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), 디에틸렌글리콜(DiethyleneGlycol; DEG), 포름아미드(Formamide; FA), α-테르핀네올(α-terpineol; TP), γ-부티로락톤(γ-butylrolactone; BL), 메틸셀루로솔브(Methylcellosolve; MCS), 프로필메틸셀루로솔브(Propylmethylcellosolve; PM) 중 단독 또는 복수의 조합을 포함할 수도 있다. 추가로 입자간 결합을 증가시키기 위해, 실란계열의 첨가물이 들어갈 수 있다.
다음으로 도 13과 같이, 제1 마스크(191)가 절연부재(151) 상에 형성되고, 제3 전극과 제4 전극이 형성될 영역에 제1 홀(B1) 및 제2 홀(B2)이 형성되어 제1 전극(135) 및 제2 전극(137)의 상면이 노출될 수 있다. 상기 제1 마스크(191)는 스텐실 마스크(stencil mask)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 절연부재(151)가 양성 감광성 수지인 경우, 노광에 의해 노출된 절연부재 영역이 반응하여 제거됨에 따라 제1 전극(135) 및 제2 전극(137)의 상면이 노출될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 도 14와 같이, 상기 제1 리세스(B1) 및 제2 리세스(B2)에 제3 전극(141, 141a), 제4 전극(143, 143a)을 형성할 수 있다.
실시예에서 상기 제1 마스크(191)가 제거된 후, 제2 마스크(192)가 형성될 수 있으며, 제2 마스크(192)도 스텐실 마스크(stencil mask)일 수 있다.
제2 마스크(192)가 노출하는 수평 폭이 제1 전극(135)이나 제2 전극(137)의 수평폭 또는 제3 전극의 제1 부(141) 또는 제4 전극의 제1 부(143)의 수평폭보다 크게 형성할 수 있고, 이를 통해 제3 전극의 제2 부(141a) 또는 제4 전극의 제2 부(143a)가 제3 전극의 제1 부(141) 또는 제4 전극의 제1 부(143)의 수평폭보다 넓게 형성될 수 있다. 상기 제3 전극의 제1 부(141), 제4 전극의 제1 부(143), 제3 전극의 제2 부(141a) 및 제4 전극의 제2 부(143a)는 스크린 프린팅(Screen printing) 공정에 의해 형성될 수 있다.
또는 도시된 바와 달리, 제1 마스크(191)가 제거되지 않고, 제3 전극(141, 141a) 또는 제4 전극(143, 143a)을 형성하는 경우, 제3 전극의 제1 부(141) 또는 제4 전극의 제1 부(143)가 스크린 프린팅 공정에 의해 형성시 일부 전극물질이 제3 전극의 제1 부(141) 또는 제4 전극의 제1 부(143) 상측에 추가로 형성됨에 따라 제3 전극의 제2 부(141a) 또는 제4 전극의 제2 부(143a)가 형성될 수도 있다.
상기 제3 전극의 제1 부(141), 제3 전극의 제2 부(141a), 제4 전극의 제1 부(143), 제4 전극의 제2 부(143a)의 물질은 같은 전극물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 전극의 제1 부(141), 제3 전극의 제2 부(141a), 제4 전극의 제1 부(143), 제4 전극의 제2 부(143a)의 전극물질로 메탈 페이스트 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 메탈 페이스트 물질은 AuSi, AuGe, AuSn, PbIn, SnCu, SnCuNi, SnAg, SnAgCu, SnAgCuSb, SnPb, BiSn 중 어느 하나의 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시 예의 제3 및 4 전극(141, 141a, 143, 143a)은 스크린 프린팅을 이용한 메탈 페이스트(Metal paste) 공법이 사용될 수 있다. 예컨대 스크린 프린팅을 이용한 메탈 페이스트 공법은 약 5분 이내 연결 전극공정이 가능하여 대량생산(Mass production)이 가능하며, 양품의 재현 가능성이 높아 고품질의 제품을 제공할 수 있다.
실시예에서 상기 제3 전극의 제1 부(141)의 길이(H1)는 상기 제4 전극의 제1 부(143)의 길이(H2)보다 길게 형성될 수 있다.
도 14를 기준으로 실시예에 따른 발광소자의 특징을 좀 더 상술하기로 한다.
실시예에 의하면, 상기 제3 전극(141, 141a) 또는 상기 제4 전극(143, 143a)은 적어도 일측면으로 연장된 제3 전극의 제2 부(141a) 또는 제4 전극의 제2 부(143a)을 포함함으로써, 이후 패키징 공정에서 제1 패드 전극(173) 또는 제2 패드 전극(174)과 접하는 제3 전극의 제2 부(141a) 또는 제4 전극의 제2 부(143a)의 수평폭을 넓게 확보함으로써 결합력의 확대에 따른 물리적 신뢰성 및 전기적 신뢰성이 증대될 수 있다.
또한 실시예에 의하면 상기 제3 전극의 제2 부(141a)의 수평폭(W15) 또는 제4 전극의 제2 부(143a)의 수평폭(W25)이 상기 제1 전극(135)의 수평폭(W11) 또는 제2 전극(137)의 수평폭(W21) 보다 각각 넓게 형성됨으로써 전기적 성능을 향상시킬 수 있다.
실시예에서 상기 제3 전극의 제2 부(141a) 또는 제4 전극의 제2 부(143a)의 물질은 상기 제3 전극의 제1 부(141) 또는 제4 전극의 제1 부(143)와 각각 같은 물질로 형성될 수 있다. 이를 통해 발광소자 또는 발광소자 패키지의 온도가 상승하더라도 제3 전극의 제2 부(141a), 제4 전극의 제2 부(143a)과 제3 전극의 제1 부(141), 제4 전극의 제2부(143)의 열팽창 계수가 같으므로 전기적인 신뢰성이 증대될 수 있다.
실시예에서, 상기 제3 전극의 제2 부(141a) 또는 제4 전극의 제2 부(143a)는 상기 절연부재(151)의 상면과 접하도록 형성됨으로써 물리적인 구조의 견고성을 높임에 따라 제1 전극(135)과 제3 전극(141, 141a), 제2 전극(137)과 제4 전극(143, 143a) 간의 물리적인 결합성, 전기적인 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한 도 2와 같이, 실시예는 상기 제1 전극(135) 또는 제2 전극(137)의 적어도 일측면으로 연장된 제1 측면 전극(135a) 또는 제2 측면 전극(137a)을 포함으로써, 발광소자에서 발생된 빛이 제1 측면 전극(135a) 또는 제2 측면 전극(137a)에 의해 발광소자 패키지의 상측으로 반사됨으로써 광추출 효율을 향상시켜 광 효율을 향상시킬 수 있고, 발광소자에서 발생된 열이 제1 측면 전극(135a) 또는 제2 측면 전극(137a)에 의해 제1 전극(135) 또는 제2 전극(137)으로 효과적으로 전달됨으로써 방열특성이 현저히 향상될 수 있다.
또한 실시예에 의하면 제1 기판(111) 상에 광추출 패턴(P)을 구비하여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 실시예에 의하면 광추출 패턴이 제1 기판(111)이 제거된 후, 노출되는 제1 도전형 반도체층(115)에 형성될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 도 15와 같이, 실시예에서 발광소자(100)는 모듈 기판(170) 상에 플립 방식으로 탑재될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 모듈 기판(170)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 예를 들어, 상기 모듈 기판(170)은 수지 계열의 PCB, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에서 모듈 기판(170)은 패키지 기판(171), 절연층(172)을 포함하며, 상기 절연층(172)을 관통하여 형성되는 제1 패드 전극(173) 및 제2 패드 전극(174)을 포함할 수 있다. 상기 제1 패드 전극(173) 및 제2 패드 전극(174)는 발광소자(100)에 전원을 공급할 수 있다.
상기 절연층(172) 상에는 상기 제1 패드 전극(173), 제2 패드 전극(174) 영역을 제외한 영역에 보호층(175)이 형성되며, 상기 보호층(175)은 솔더 레지스트(Solder resist) 층으로서, 백색 또는 녹색 보호층을 포함할 수 있다. 상기 보호층(175)은 광을 효율적으로 반사시켜 주어, 반사 광량을 개선시켜 줄 수 있다.
실시예에서 상기 제1 패드 전극의 수평폭(W17)은 상기 제1 전극의 수평폭(W11) 또는 제3 전극의 제1 부(141)의 수평폭(W13)에 비해 넓게 형성되어, 제1 패드 전극(173)이 제3 전극의 제2 부(141a)와 접하는 면적을 넓게 확보하여 물리적 신뢰성 및 전기적 신뢰성이 증대될 수 있다.
또한 실시예에서 상기 제2 패드 전극의 수평폭(W27)은 상기 제2 전극의 수평폭(W21) 또는 제4 전극의 제1 부(143)의 수평폭(W23)에 비해 넓게 형성되어, 제2 패드 전극(174)이 제4 전극의 제2 부(143a)와 접하는 면적을 넓게 확보하여 물리적 신뢰성 및 전기적 신뢰성이 증대될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자, 발광소자 패키지는 백라이트 유닛, 조명 유닛, 디스플레이 장치, 지시 장치, 램프, 가로등, 차량용 조명장치, 차량용 표시장치, 스마트 시계 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 16은 실시예에 따른 조명시스템의 분해 사시도이다.
실시예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 발광소자(100, 103, 104) 또는 발광소자 패키지(200, 202, 203, 204)를 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다. 상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)를 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다. 상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 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 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물;
    상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극;
    상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 노출하면서 상기 발광구조물 상에 배치되는 절연부재;
    상기 제1 전극 상에 배치된 제3 전극;
    상기 제2 전극 상에 배치된 제4 전극;
    상기 제3 전극은 상기 제1 전극과 직접 접하는 제3 전극의 제1 부 및 상기 제3 전극의 제1 부 상에 상기 제3 전극의 제1 부 보다 넓은 수평폭을 갖는 제3 전극의 제2 부; 및
    상기 제4 전극은 상기 제2 전극과 직접 접하는 제4 전극의 제1 부 및 상기 제4 전극의 제1 부 상에 상기 제4 전극의 제1 부 보다 넓은 수평폭을 갖는 제4 전극의 제2 부를 포함하는 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 전극의 제2 부 및 제4 전극의 제2 부는 상기 절연부재로부터 상부면이 노출된 발광소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 전극의 제2 부 및 제4 전극의 제2 부의 일부는 상기 절연부재의 상부면 위에 배치되는 발광소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 전극의 제2 부 및 제4 전극의 제2 부은 상기 절연부재의 상부면 보다 위에 배치되는 발광소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 전극의 제1 부 및 상기 제3 전극의 제2 부는 서로 같은 물질이고, 상기 제4 전극의 제1 부 및 상기 제4 전극의 제2 부는 서로 같은 물질인 발광소자.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 전극의 제1 부는 상기 제4 전극의 제1 부보다 높은 높이를 갖는 발광소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 절연부재는
    감광성 물질, 레진 또는 에폭시 중 어느 하나를 포함하는 발광소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 전극 및 제4 전극은AuSi, AuGe, AuSn, PbIn, SnCu, SnCuNi, SnAg, SnAgCu, SnAgCuSb, SnPb, BiSn 중 어느 하나의 물질을 포함하는 발광소자.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극의 적어도 일측면으로 연장된 제1 측면 전극; 및
    상기 제2 전극의 적어도 일측면으로 연장된 제2 측면 전극을 더 포함하는 발광소자.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층과 상기 활성층을 일부 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 관통 전극을 더 포함하고, 상기 관통 전극은 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 발광 소자.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 거리는 상기 제3 전극의 제2 부와 제4 전극의 제2 부 사이의 거리보다 좁은 발광소자.
  12. 패키지 기판;
    상기 패키지 기판 상에 배치된 제1 패드 전극과 제2 패드 전극; 및
    상기 패키지 기판 상에 배치되며 상기 제1 패드 전극, 제2 패드 전극과 전기적으로 연결되는 제1 항 내지 제11 항 중 어느 하나에 기재된 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 패드 전극의 수평폭은 상기 제1 전극의 수평폭보다 넓고,
    상기 제2 패드 전극의 수평폭은 상기 제2 전극의 수평폭보다 넓은 발광소자 패키지.
  14. 제1 항 내지 제11항 중 어느 하나의 발광소자를 포함하는 라이트 유닛.
  15. 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 형성하는 단계;
    상기 활성층 및 제2 도전형 반도체층의 일부가 제거되어 제1 도전형 반도체층의 상부가 노출되는 리세스를 형성하는 단계;
    상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계;
    상기 발광구조물 상에 절연층을 형성하고, 상기 절연층, 제1 및 제2 전극 상에 절연부재를 형성하는 단계;
    상기 절연부재 상에 제1 마스크가 배치되고, 상기 제1 및 제2 전극의 상면을 노출시키는 단계; 및
    스크린 프린팅 공정으로 노출된 상기 제1 전극 상에 제1 전극과 연결되는 제3 전극의 제1 부 및 상기 제3 전극의 제1 부 보다 넓은 수평폭을 갖는 제3 전극의 제2 부를 포함하는 제3 전극, 상기 제2 전극 상에 제2 전극과 연결되는 제4 전극의 제1 부 및 상기 제4 전극의 제1 부 보다 넓은 수평폭을 갖는 제4 전극의 제2 부를 포함하는 제4 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광소자 제조방법.
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