KR20110119931A - 발광 소자, 그 제조 방법, 및 발광 소자 패키지 - Google Patents
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Abstract
발광 소자는 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층이 순차로 적층되고, 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 및 다른 일부를 각각 노출하도록 식각된 발광 구조체, 상기 노출되는 제1 도전형 반도체층의 상기 일부의 표면 및 이와 인접하는 상기 발광 구조체의 일 측면 상에 형성되는 유전체층, 및 상기 유전체층 상에 형성되는 제1 전극을 포함한다. 발광 소자는 제1 전극에서의 광량 흡수를 감소시켜 발광 소자의 광량을 향상시킬 수 있으며, MOS 구조의 커패시터가 펄스 형태의 ESD 충격으로부터 활성층을 보호할 수 있다.
Description
실시예는 광향 저하를 방지하고, ESD 내성을 향상시킬 수 있는 발광 소자, 그 제조 방법, 및 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 다이오드(Light Emitting Diode : 이하, 'LED'라 칭함)는 전자와 홀의 재결합이라는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시켜 신호를 보내고 받는데 사용되는 반도체 소자이다.
일반적으로 LED는 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화기기, 광통신 등에 사용되며, 그 종류는 IRED(Infrared Emitting Diode)와 VLED(Visible Light Emitting Diode)로 나누어진다.
LED에 있어서, 발광되는 광의 주파수(혹은 파장)는 반도체 재료의 밴드 갭(band gap)에 관한 함수로서, 작은 밴드 갭을 갖는 반도체 재료를 사용하는 경우 낮은 에너지와 긴 파장의 광자가 발생되고, 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체 재료를 사용하는 경우 짧은 파장의 광자가 발생된다. 따라서, 발광하고자 하는 빛의 종류에 따라서 소자의 반도체 재료가 선택된다.
예를 들어, 적색 LED의 경우 AlGaInP 물질을 사용하고, 청색 LED의 경우 실리콘 카바이드(SiC)와 Ⅲ족 질화물계 반도체, 특히 갈륨나이트라이드(GaN)를 사용한다.
실시예는 광향 저하를 방지하고, ESD 내성을 향상시킬 수 있는 발광 소자, 그 제조 방법, 및 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층이 순차로 적층되고, 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 및 다른 일부를 각각 노출하도록 식각된 발광 구조체, 상기 노출되는 제1 도전형 반도체층의 상기 일부의 표면 및 이와 인접하는 상기 발광 구조체의 일 측면 상에 형성되는 유전체층, 및 상기 유전체층 상에 형성되는 제1 전극을 포함한다.
상기 발광 소자는 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 다른 일부의 표면 상에 형성되는 제2 전극을 더 포함할 수 있다. 또한 상기 발광 소자는 전류확산을 위하여 상기 제2 도전형 반도체층 상부 표면에 형성되는 투광성 전도층을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법은 투광성 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 순차로 적층하는 단계, 상기 제1 도전형 반도체층, 상기 활성층, 및 상기 제2 도전형 반도체층을 식각하여 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 및 다른 일부를 노출하는 발광 구조체을 형성하는 단계, 상기 제1 도전형 반도체층의 노출되는 상기 일부 및 이에 인접하는 상기 발광 구조체의 일 측면 상에 유전체층을 형성하는 단계, 및 상기 유전체층 상에 제1 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 발광 소자의 제조 방법은 상기 제2 도전형 반도체층의 상부 표면 상에 투광성 전도층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 발광 소자의 제조 방법은 상기 제2 도전형 반도체층의 노출되는 상기 다른 일부 표면 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체, 상기 패키지 몸체에 배치되는 제1 금속층 및 제2 금속층, 상기 제1 금속층 및 제2 금속층과 전기적으로 연결되도록 상기 패키지 몸체에 장착되는 상술한 발광 소자, 및 상기 발광 소자를 포위하는 봉지층(sealing layer)을 포함한다. 상기 발광 소자 패키지는 상기 발광 소자의 발광 구조체의 일 측면에 형성된 유전체층 상에 형성되는 제1 전극과 연결되는 제1 와이어를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자, 그 제조 방법, 및 발광 소자 패키지는 발광 소자의 광량을 향상시킬 수 있으며, MOS 구조의 커패시터가 펄스 형태의 ESD 충격으로부터 활성층을 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 질화물계 반도체 발광 다이오드의 구조를 나타낸다.
도 2는 실시 예에 발광 소자를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3e는 실시 예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 나타낸다.
도 4는 도 2에 도시된 발광 소자가 ESD로부터 활성층을 보호하는 것을 설명하기 위한 개념도를 나타낸다.
도 5는 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 6는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지를 나타낸다.
도 2는 실시 예에 발광 소자를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3e는 실시 예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 나타낸다.
도 4는 도 2에 도시된 발광 소자가 ESD로부터 활성층을 보호하는 것을 설명하기 위한 개념도를 나타낸다.
도 5는 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 6는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지를 나타낸다.
이하, 실시예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 발광 소자, 그 제조 방법, 및 발광 소자 패키지에 대해 설명한다.
도 2는 실시예에 따른 발광 소자(200)를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 발광 소자(200)는 기판(210), 발광 구조체(215), 투광성 전도층(250), 유전체층(260), 제1 전극(270), 및 제2 전극(265)을 포함한다.
기판(210)은 사파이어 기판일 수 있다. 또한 투광성 기판(210)은 실리콘(Si) 기판, 산화아연(ZnO)기판 또는 질화물 반도체 기판 중 어느 하나 또는, GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 중에서 적어도 어느 하나가 적층된 템플레이트(Template) 기판일 수 있다. 기판은 투광성 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
발광 구조체(215)은 투광성 기판(210) 상에 제1 도전형 반도체층(220), 활성층(230), 제2 도전형 반도체층(240)이 순차로 적층된 다층 구조체이다. 이때 제1 도전형은 N형이고, 제2 도전형은 P형일 수 있다.
예컨대, 제1 도전형 반도체층(220)은 N형 반도체층일 수 있으며, InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 중에서 선택될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트(예: Si, Ge, Sn 등)가 도핑될 수 있다. 또한 제2 도전형 반도체층(240)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN등에서 선택될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트(예: Mg)가 도핑될 수 있다.
활성층(230)은 단일 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다. 예컨대, 활성층(230)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함하며, 양자선(Quantum wire) 구조, 양자점(Quantum dot) 구조, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well) 중 적어도 하나의 구조를 포함하는 형태일 수 있다.
발광 구조체(215)는 제1 도전형 반도체층(220)의 일부를 노출하도록 다층 구조체의 일 측의 제2 도전형 반도체층(240), 활성층(230) 및 제1 도전형 반도체층(220)의 일부가 식각된 구조이며, 이하 식각에 의하여 노출되는 제1 도전형 반도체층(220)의 일부를 제1 식각 영역이라 한다. 이때 제1 식각 영역 표면은 활성층(230)보다 낮다.
또한 발광 구조체(215)는 제1 도전형 반도체층(220)의 다른 일부를 노출하도록 다층 구조체의 타 측의 제2 도전형 반도체층(240), 활성층(230) 및 제1 도전형 반도체층(220)의 다른 일부가 식각된 구조이다. 이하 노출되는 제1 도전형 반도체층(220)의 다른 일부를 제2 식각 영역이라 한다. 이때 제1 식각 영역의 표면은 제2 식각 영역의 표면과 수평이거나 더 낮을 수 있다.
유전체층(260)은 노출되는 제1 도전형 반도체층(220)의 일부의 표면 및 이와 인접하는 발광 구조체(215)의 일 측면 상에 형성된다. 유전체층(260)은 산화물층일 수 있다. 예컨대, 유전체층(260)은 SiO2층 및 TiO2층으로 구성되는 이중층이 적어도 2회 이상 반복하여 적층된 구조일 수 있다.
제2 전극(265)은 제2 식각 영역의 일부 표면 상에 형성된다. 이때 제2 전극(265)은 제1 도전형 전극일 수 있다.
제1 전극(270)은 유전체층(260) 상에 형성된다. 이때 제1 전극(270)은 제2 도전형 전극일 수 있다.
또한 제1 전극(270)은 유전체층(260) 표면 및 이와 인접하는 제2 도전형 반도체층(240)의 상부 표면 일부 상에도 형성될 수 있다. 제2 전극(265) 및 제1 전극 (270) 각각은 크롬(Cr) 및/또는 금(Au)을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
투광성 전도층(250)은 제2 도전형 반도체층(240)의 상부 표면에 형성된다. 예컨대, 투광성 전도층(250)은 제1 전극(270)에 인접하여 제2 도전형 반도체층(240)의 상부 표면에 형성될 수 있다.
투광성 전도층(250)은 전반사를 감소시킬 뿐만 아니라, 투광성이 좋기 때문에 활성층(230)으로부터 제2 도전형 반도체층(240)으로 방출되는 빛의 추출 효율을 증가시킬 수 있다.
투광성 전도층(250)은 발광 소자(200)의 발광 파장에 대해 투과율이 높은 투명한 산화물계 물질로 이루어져 있다. 예를 들면, 투명한 산화물계 물질로는 ITO(Indium Tin Oxide), TO(Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 및 ZnO(Zinc Oxide) 등을 사용하고, 바람직하게는 ITO를 사용할 수 있다.
도 1은 일반적인 질화물계 반도체 발광 다이오드의 구조를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 질화물계 반도체 발광 다이오드(100)는 광투과성 기판인 사파이어 기판(sapphire substrate, 110) 상에 n형 질화물 반도체층(120), 활성층(130), p형 질화물 반도체층(140), 및 ITO(Indium Tin Oxide)막(150)이 순차로 적층되는 구조를 가진다. 그리고 질화물계 반도체 발광 다이오드(100)는 ITO막(150) 상에 형성되는 p형 전극(160) 및 메사 식각(mesa etching)에 의하여 노출되는 n형 질화물 반도체층(120)의 일부 영역 상에 형성되는 n형 전극(170)을 더 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, p형 전극(160)은 활성층(130)에서 생성되는 광 중 일부를 흡수하기 때문에 발광 다이오드(100)는 광량이 저하된다.
그러나 실시 예에 따른 발광 소자(200)는 제2 도전형 전극(270)이 발광 구조체(215)의 측면에 형성되는 구조를 갖는다. 따라서 제2 도전형 전극(270) 하부에 활성층(230)이 존재하지 않기 때문에 전자-홀의 재결합이 방지되어 제2 도전형 전극(270)에서의 광량 흡수를 감소시킬 수 있다.
또한 실시 예에 따른 발광 소자(200)는 노출되는 제1 도전형 반도체층(220)의 일부 표면 상에 유전체층(260)과 제1 전극(270)이 적층된 구조를 갖는다. 따라서 적층되는 제1 도전형 반도체층(220), 유전체층(260), 및 제1 전극(270)은 MOS(Metal/SiO2/Semiconductor) 구조의 커패시터(280)를 형성한다.
이러한 MOS(Metal/SiO2/Semiconductor) 구조의 커패시터(280)는 펄스 형태의 ESD(ElectroStatic Discharge) 충격으로부터 활성층(230)을 보호한다. 즉 ESD 충격에 의한 고주파 성분은 MOS(Metal/SiO2/Semiconductor) 구조의 커패시터(280)를 거쳐 빠져나가므로 활성층(230) 영역이 보호될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 발광 소자(200)가 ESD로부터 활성층(230)을 보호하는 것을 설명하기 위한 개념도를 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 도 2에 도시된 발광 소자(200)를 회로적으로 표현하면 발광 소자(410, 예컨대, diode)와 MOS 구조의 커패시터(280)가 병렬로 접속된 구조이다. 여기서 R1은 발광 소자(200)의 저항을 나타낸다.
고전압 펄스 발생부(401)는 순간적인 정전기와 같은 펄스 전압을 생성하여 발광 소자(200)에 인가하는 역할을 한다. 예컨대, 고전압 펄스 발생부(401)는 펄스 전압(VESD, 430)을 발생시키는 고전압 펄스 발생기(420), 펄스 전압(VESD)을 충전하거나 충전된 펄스 전압을 방전하는 제1 커패시터(Ch), 고전압 펄스 발생기(420)와 제1 커패시터(Ch) 사이에 존재하는 저항(R2), 및 제1 커패시터(Ch)가 발생된 펄스 전압(VESD)을 충전하도록 스위칭하거나 제1 커패시터(Ch)에 충전된 펄스 전압(VESD)을 발광 소자(200)로 방전하도록 스위칭하는 스위치(440)를 포함하도록 구현될 수 있다.
고전압 펄스 발생기(420)로부터 발생되는 펄스 전압(VESD)에 의하여 제1 커패시터(Ch)에 충전되는 전하량(QDis)은 수학식 1과 같다.
도 1에 도시된 발광 소자(100)의 전체 커패시턴스(CT1)는 수학식 2와 같으며, 도 2에 도시된 발광 소자(200)의 전체 커패시턴스(CT2)는 수학식 3과 같다.
여기서 CDiode는 도 1에 도시된 MOS 커패시터가 없는 일반적인 발광 소자의 커패시턴스를 나타내며, CMOS는 도 2에 도시된 MOS 커패시터(280) 자체의 커패시턴스를 나타낸다.
수학식 1 및 수학식 2에서 보는 바와 같이, 실시 예에 따른 발광 소자(200)의 전체 커패시턴스(CT2)가 도 1에 도시된 일반적인 발광 소자(100)의 전체 커패시턴스(CT1)보다 크다(CT2>CT1).
일반적으로 발광 소자에 흐르는 전류(I)는 수학식 4와 같다.
이때 Q는 발광 소자에 공급되는 전하량을,τ는 시정수(time constant)를, R1은 발광 소자의 저항을, CT는 발광 소자의 전체 커패시턴스 값을 나타낸다. QDis는 발광 소자로 인가되는 전하량, 예컨대, 제1 커패시터(Ch)로부터 발광 소자로 방전되는 전하량을 나타낸다.
수학식 4를 참조하면, 발광 소자에 흐르는 전류는 발광 소자의 전체 커패시턴스 값(CT)에 반비례한다.
CT2 > CT1이기 때문에, 펄스 전압(VESD) 인가시 도 1에 도시된 발광 소자(100)에 흐르는 전류보다 도 2에 도시된 발광 소자(200)에 흐르는 전류(I2)가 더 작다. 즉 실시 예에 따른 발광 소자는 정전기 스트레스(stress)에 기인하여 활성층(230)으로 흐르는 전류가 감소하여 정전기 충격을 완화시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 실시 예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 나타낸다.
먼저 도 3a를 참조하면, 사파이어 기판(310) 상에 제1 도전형 반도체층(320), 활성층(330), 제2 도전형 반도체층(340)을 순차로 형성한다. 예컨대, 사파이어 기판(310) 상에 n형 GaN층(320), GaN층과 InGaN층이 적층된 활성층(330), 및 P형 GaN층(340)을 순차로 형성할 수 있다.
다음으로 도 3b에 도시된 바와 같이, 제2 도전형 반도체층(340), 활성층(330), 및 제1 도전형 반도체층(320) 일부를 순차로 식각함으로써 제1 도전형 반도체층(320)의 일부 영역(A)을 노출시킨다. 이때 제1 도전형 반도체층(320)의 일부 영역(A)은 활성층(330)으로부터 제1 깊이(a)까지 식각되며, 이하 "제1 식각 영역"이라 한다.
또한 제2 도전형 반도체층(340), 활성층(330), 및 제1 도전형 반도체층(320)의 다른 일부를 순차로 식각함으로써 제1 도전형 반도체층(320)의 다른 일부 영역(B)을 노출시킨다. 이때 제1 도전형 반도체층(320)의 다른 일부 영역(B)은 활성층(330)으로부터 제2 깊이(b)까지 식각되며, 이하 "제2 식각 영역"이라 한다. 여기서 제1 깊이(a)는 제2 깊이(b)와 동일하거나 크다.
다음으로 도 3c에 도시된 바와 같이, 식각된 결과물(이하 이를 "발광 구조체(305)"라 한다.) 표면에 유전체층을 형성한다. 이때 유전체층은 산화물층일 수 있다. 예컨대, SiO2 층 및 TiO2 층의 이중 층(double layers)을 적어도 2회 이상 반복 적층하여 유전체층을 형성할 수 있다.
유전체층의 일부를 선택적으로 식각하여 발광 구조체(305)의 일 측면 상에 유전체층(350)을 잔류시킨다. 이때 유전체층(350)은 발광 구조체(305)의 일 측면과 인접하는 상부 표면 일부에도 잔류할 수 있다.
예컨대, 제2 식각 영역(B), 발광 구조체(305)의 타 측면 및 제2 도전형 반도체층(340)의 상부 표면을 노출시키도록 유전체층을 선택적으로 식각하여 발광 구조체(305)의 일 측면 및 상부 표면 일부에 유전체층(350)을 잔류시킬 수 있다.
다음으로 도 3d에 도시된 바와 같이, 발광 구조체(305)의 일 측면 상에 잔류하는 유전체층(350) 상에 제1 전극(360, 예컨대, 제2 도전형 전극)을 형성하고, 제2 식각 영역(B) 표면에 제2 전극(370, 예컨대, 제1 도전형 전극)을 형성한다.
예컨대, 잔류하는 유전체층(350)이 형성된 발광 구조체(305) 표면에 금속층(예컨대, 구리 및 크롬층)을 형성하고, 형성된 금속층(예컨대, 구리 및 크롬층)을 패터닝하여 잔류하는 유전체층(350) 상에 제2 도전형 전극(360)을 형성하고, 제2 식각 영역(B)의 일부 표면에 제1 도전형 전극(370)을 형성할 수 있다.
유전체층(350)이 발광 구조체(305)의 일 측면과 인접하는 상부 표면 일부에도 잔류할 경우, 제2 도전형 전극(360)은 노출된 제2 도전형 반도체층(340)의 상부 표면 일부와 접하도록 패터닝될 수 있다.
다음으로 도 3e에 도시된 바와 같이, 제2 도전형 반도체층(340)의 상부 표면 에 투광성 전도층(380), 예컨대, ITO(Indium Tin Oxide)을 형성한다. 예컨대, 투광성 전도층(380)은 제2 도전형 전극(360)과 인접하도록 제2 도전형 반도체층(340)의 상부 표면에 형성될 수 있다.
도 5는 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 발광 소자는 기판(510, 예컨대, 사파이어 기판), 발광 구조체(505), 유전체층(560), 제1 전극(570) 및 제2 전극(580)을 포함한다.
발광 구조체(505)는 사파이어 기판(510) 상에 제1 도전형 반도체층(520), 활성층(530), 제2 도전형 반도체층(540), 및 투광성 전도층(550)이 순차로 적층된 다층 구조체이다.
또한 발광 구조체(505)는 제1 도전형 반도체층(520)의 일부 및 다른 일부를 각각 노출하도록 투광성 전도층(550), 제2 도전형 반도체층(540), 활성층(530) 및 제1 도전형 반도체층(520)이 식각된 구조이다. 발광 구조체(505)는 투광성 전도층(550)이 더 포함되었다는 점 외에는 도 2에서 설명한 발광 구조체(215)와 동일하다.
유전체층(560)은 제1 도전형 반도체층(520)의 노출되는 일부의 표면 및 이와 인접하는 발광 구조체(505)의 일 측면 상에 형성된다. 유전체층(560)은 SiO2층 및 TiO2층으로 구성되는 이중층이 적어도 2회 이상 반복하여 적층된 구조일 수 있다.
제2 전극(580)은 제1 도전형 반도체층(520)의 노출되는 다른 일부의 표면 상에 형성된다. 제1 전극(570)은 유전체층(560) 표면에 형성되며, 투광성 전도층(550)과 접한다. 이때 제1 전극(570)은 제2 도전형 전극이고, 제2 전극(580)은 제2 도전형 전극일 수 있다.
도 2에 도시된 실시예와 달리 유전체층(550) 표면에 형성되는 제2 도전형 전극(570)은 투광성 전도층(550)과 접하도록 유전체층(550)과 인접하는 투광성 전도층(550)의 일부 영역 상에 형성된다.
도 2 및 도 5에 도시된 발광 소자는 외부의 제1 와이어(도 6에 도시된 622)가 본딩되기 위하여 상기 발광 구조체의 일 측면의 상기 제1 전극(270, 570) 상에 형성되는 제1 본딩 패드(미도시) 및 외부의 제2 와이어(도 6에 도시된 624)가 본딩되기 위하여 제2 전극(265, 580) 상에 형성되는 제2 본딩 패드(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 발광 소자 패키지는 패키지 몸체(610), 제1 금속층(612), 제2 금속층(614), 발광 소자(620), 제1 와이어(622), 제2 와이어(624), 반사판(630) 및 봉지층(640)을 포함한다.
패키지 몸체(610)는 일측 영역에 캐버티(cavity)가 형성된 구조이다. 이때 캐버티의 측벽은 경사지게 형성될 수 있다. 패키지 몸체(610)는 실리콘 기반의 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package), 실리콘 기판, 실리콘 카바이드(SiC), 질화알루미늄(aluminum nitride, AlN) 등과 같이 절연성 또는 열전도도가 좋은 기판으로 형성될 수 있으며, 복수 개의 기판이 적층되는 구조일 수 있다. 실시 예는 상술한 몸체의 재질, 구조, 및 형상으로 한정되지 않는다.
제1 금속층(612) 및 제2 금속층(614)은 열 배출이나 발광 소자의 장착을 고려하여 서로 전기적으로 분리되도록 패키지 몸체(610)의 표면에 배치된다. 발광 소자(620)는 제1 와이어(622) 및 제2 와이어(624)를 통하여 제1 금속층(612) 및 제2 금속층(614)과 전기적으로 연결된다.
예컨대, 제1 와이어(622)는 도 2에 도시된 발광 소자의 제1 전극(270)과 제1 금속층(612)을 전기적으로 연결하고, 제2 와이어(624)는 제2 전극(265)과 제2 금속층(614)을 전기적으로 연결할 수 있다.
즉 제1 와이어(622)는 제1 전극(270, 570) 상에 형성되는 제1 본딩 패드와 연결되며, 제2 와이어(624)는 제2 전극(265, 580) 상에 형성되는 제2 본딩 패드와 연결될 수 있다.
결국 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 와이어(622)는 발광 구조체의 상면이 아닌 측면에 형성된 제1 전극(270, 또는 제1 본딩 패드)과 연결됨으로써 제1 전극(270)에서의 광량 흡수가 감소될 수 있다.
반사판(630)은 발광 소자(620)에서 방출된 빛을 소정의 방향으로 지향하도록 패키지 몸체(610)의 캐버티 측벽에 형성된다. 반사판(630)은 광반사 물질로 이루어지며, 예컨대, 금속 코팅이거나 금속 박편일 수 있다.
봉지층(640)은 패키지 몸체(610)의 캐버티 내에 위치하는 발광 소자(620)를 포위하여 발광 소자(620)를 외부 환경으로부터 보호한다. 봉지층(640)은 에폭시 또는 실리콘과 같은 무색 투명한 고분자 수지 재질로 이루어진다. 봉지층(640)은 발광 소자(320)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있도록 형광체가 포함될 수 있다. 발광 소자 패키지는 상기에 개시된 실시예들의 발광 소자들 중 적어도 하나를 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또 다른 실시예는 상술한 실시 예들에 기재된 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 발광 소자, 그 제조 방법, 및 발광 소자 패키지는 제2 도전형 전극이 발광 구조체의 측면에 형성되고, 제2 도전형 전극 하부에는 활성층이 존재하지 않는 구조이기 때문에 제2 도전형 전극에서의 광량 흡수를 감소시켜 발광 소자의 광량을 향상시킬 수 있으며, 도 4에서 설명한 바와 같이 발광 소자의 MOS 구조의 커패시터가 펄스 형태의 ESD 충격으로부터 활성층을 보호할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
210,310,510: 투광성 기판, 215,305,505: 발광 구조체,
220,320,520: 제1 도전형 반도체층, 230,330,530: 활성층,
240,340,540: 제2 도전형 반도체층,
250,380,550: 투광성 전도층, 260,350,560: 유전체층,
265,370,580 :제2 전극, 270,360,570: 제1 전극,
610: 패키지 몸체, 612:제1 금속층, 614:제2 금속층, 620: 발광 소자,
622: 제1 와이어, 624: 제2 와이어, 630: 반사판, 640: 봉지층.
220,320,520: 제1 도전형 반도체층, 230,330,530: 활성층,
240,340,540: 제2 도전형 반도체층,
250,380,550: 투광성 전도층, 260,350,560: 유전체층,
265,370,580 :제2 전극, 270,360,570: 제1 전극,
610: 패키지 몸체, 612:제1 금속층, 614:제2 금속층, 620: 발광 소자,
622: 제1 와이어, 624: 제2 와이어, 630: 반사판, 640: 봉지층.
Claims (12)
- 기판;
상기 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층이 순차로 적층되고, 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 및 다른 일부를 각각 노출하도록 식각된 발광 구조체;
상기 노출되는 제1 도전형 반도체층의 상기 일부의 표면 및 이와 인접하는 상기 발광 구조체의 일 측면 상에 형성되는 유전체층; 및
상기 유전체층 상에 형성되는 제1 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 발광 소자는,
상기 제1 도전형 반도체층의 상기 다른 일부의 표면 상에 형성되는 제2 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 발광 소자는,
상기 제2 도전형 반도체층 상부 표면에 형성되는 투광성 전도층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 발광 구조체는,
상기 노출되는 제1 도전형 반도체층의 상기 일부의 표면이 상기 활성층보다 낮은 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 유전체층은,
산화물층인 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제5항에 있어서, 상기 유전체층은,
SiO2 층 및 TiO2 층으로 구성되는 이중층이 적어도 2회 이상 반복 적층되는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제2항에 있어서, 상기 제1 전극은,
상기 유전체층과 인접하는 제2 도전형 반도체층의 상부 표면 일부와 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제3항에 있어서, 상기 제1 전극은,
상기 유전체층 및 이와 인접하는 투광성 전도층 상부 표면의 일부 영역 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 도전형 반도체층의 상기 노출되는 일부 표면이 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 노출되는 다른 일부 표면보다 낮은 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 순차로 적층하는 단계;
상기 제1 도전형 반도체층, 상기 활성층, 및 상기 제2 도전형 반도체층을 식각하여 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 및 다른 일부를 노출하는 발광 구조체를 형성하는 단계;
상기 제1 도전형 반도체층의 노출되는 상기 일부 및 이에 인접하는 상기 발광 구조체의 일 측면 상에 유전체층을 형성하는 단계; 및
상기 유전체층 상에 제1 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법. - 패키지 몸체;
상기 패키지 몸체에 배치되는 제1 금속층 및 제2 금속층;
상기 제1 금속층 및 제2 금속층과 전기적으로 연결되도록 상기 패키지 몸체에 장착되는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 발광 소자; 및
상기 발광 소자를 포위하는 봉지층(sealing layer)을 포함하는 발광 소자 패키지. - 제11항에 있어서, 상기 발광 소자 패키지는,
상기 발광 소자의 발광 구조체의 일 측면에 형성된 유전체층 상에 형성되는 제1 전극과 연결되는 제1 와이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
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|---|---|---|---|---|
| JP2001160650A (ja) * | 1999-09-24 | 2001-06-12 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体発光素子 |
| KR20080087251A (ko) * | 2007-03-26 | 2008-10-01 | 서울옵토디바이스주식회사 | 커패시터를 구비하는 발광 다이오드 |
| KR20090131040A (ko) * | 2008-06-17 | 2009-12-28 | 한국광기술원 | 돔형 봉지층을 갖는 발광다이오드 패키지 및 그의 제조방법 |
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2010
- 2010-04-28 KR KR1020100039363A patent/KR101633813B1/ko active IP Right Grant
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|---|---|---|---|---|
| JP2001160650A (ja) * | 1999-09-24 | 2001-06-12 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体発光素子 |
| KR20080087251A (ko) * | 2007-03-26 | 2008-10-01 | 서울옵토디바이스주식회사 | 커패시터를 구비하는 발광 다이오드 |
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