KR20150078295A - 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
측면 발광 방식으로 광을 발산함으로써 지향각을 확대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 리드 프레임 몰드 컵 및 렌즈를 생략할 수 있는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자는 비아 홀을 구비하는 패키지 기판; 상기 패키지 기판 상에 부착된 발광 다이오드; 상기 패키지 기판 및 발광 다이오드를 밀봉하도록 형성된 몰딩부; 상기 몰딩부 상에 형성되어, 상기 발광 다이오드로부터 입사되는 광을 측면으로 반사시키는 반사판; 및 상기 패키지 기판의 비아 홀 내에 형성되며, 상기 발광 다이오드와 전기적으로 연결된 외부 전극 단자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자는 비아 홀을 구비하는 패키지 기판; 상기 패키지 기판 상에 부착된 발광 다이오드; 상기 패키지 기판 및 발광 다이오드를 밀봉하도록 형성된 몰딩부; 상기 몰딩부 상에 형성되어, 상기 발광 다이오드로부터 입사되는 광을 측면으로 반사시키는 반사판; 및 상기 패키지 기판의 비아 홀 내에 형성되며, 상기 발광 다이오드와 전기적으로 연결된 외부 전극 단자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 질화물 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 측면 발광 방식으로 광을 발산하도록 설계함으로써 지향각을 확대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 리드 프레임 몰드 컵 및 렌즈를 생략할 수 있는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 질화물 반도체 발광 소자로는 GaN계 질화물 반도체 발광 소자가 주로 연구되고 있다. 이러한 GaN계 질화물 반도체 발광 소자는 그 응용분야에 있어서 청색과 녹색 LED의 발광소자, MESFET, HEMT 등의 고속 스위칭과 고출력 소자에 응용되고 있다.
특히, 청색과 녹색 LED 발광 소자는 이미 양산화가 진행된 상태이며, 전 세계적인 매출은 지수함수적으로 증가하고 있는 상황이다.
도 1은 종래에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래에 따른 질화물 반도체 발광 소자(1)는 단자(12)를 구비하는 리드 프레임(10)과, 리드 프레임(10) 상에 부착된 발광 다이오드(20)와, 리드 프레임(10)의 단자(12)와 발광 다이오드(20)를 전기적으로 연결하는 금속 와이어(60)와, 발광 다이오드(20)를 노출시키는 윈도우를 구비하는 리드 프레임 몰드 컵(30)과, 리드 프레임 몰드 컵(30)의 측 벽면에 형성된 반사층(50)과, 리드 프레임 몰드 컵(30) 내에 충진된 에폭시 수지층(40)과, 에폭시 수지층(40) 상에 부착된 렌즈(70)를 포함한다.
전술한 구성을 갖는 종래에 따른 질화물 반도체 발광 소자(1)의 경우, 리드 프레임 몰드 컵(30) 및 반사층(50)의 설계로 인해 지향각이 협소해질 수 밖에 없는 제약이 따른다.
특히, 직하형 TV의 커버 버텀 상에 질화물 반도체 발광 소자(100)를 탑재할 경우, 지향각을 120°로 확대시켜 발광 다이오드(20)로부터 발산되는 광이 잘 혼합되도록 하기 위해 에폭시 수지층(40) 상에 렌즈(70)를 부착하게 되는데, 이러한 렌즈(70)의 부착시 오정렬에 의해 공정 불량이 빈번히 발생하고 있다. 또한, 종래에 따른 질화물 반도체 발광 소자(100)의 경우, 렌즈(70)의 추가 장착으로 인해 질화물 반도체 발광 소자(100)의 두께가 증가하는데 기인하여, 직하형 TV 세트의 두께 또한 증가할 수 밖에 없는 관계로 경박 단소화에 대응하는데 어려움이 따르고 있다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허 10-1078032호(2011.10.24 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 측면 발광형 발광소자 패키지 및 이를 구비하는 백라이트 모듈이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 패키지 기판 상에 발광 다이오드를 탑재하고 발광 다이오드와 패키지 기판을 외부 전극 단자와 직접 연결함으로써, 고 전류를 인가할 수 있는 고출력 소자 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 측면 발광 방식으로 광을 발산하도록 설계함으로써 지향각을 대략 180°정도까지도 확대시킬 수 있는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자는 비아 홀을 구비하는 패키지 기판; 상기 패키지 기판 상에 부착된 발광 다이오드; 상기 패키지 기판 및 발광 다이오드를 밀봉하도록 형성된 몰딩부; 상기 몰딩부 상에 형성되어, 상기 발광 다이오드로부터 입사되는 광을 측면으로 반사시키는 반사판; 및 상기 패키지 기판의 비아 홀 내에 형성되며, 상기 발광 다이오드와 전기적으로 연결된 외부 전극 단자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자는 패키지 기판 상에 발광 다이오드를 탑재하고 발광 다이오드와 패키지 기판을 외부 전극 단자와 연결하고, 측면 발광 방식으로 광을 발산하도록 설계함으로써 지향각을 대략 180°정도까지도 확대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자는 리드 프레임 몰드 컵 및 렌즈가 생략되므로, 제조 단가가 감소할 뿐만 아니라 패키지 전체 두께의 감소로 경박 단소한 구조를 갖는다.
이에 더불어, 본 발명의 실시에에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자는 렌즈가 필요 없어 경박 단소한 구조를 갖고 직하형 TV에 탑재할 경우 TV 세트의 두께가 얇아지므로 부피 및 무게의 감소로 슬림해지는 구조적인 이점이 있으며, 또한 슬림화로 인한 물류비 감소가 가능하여 제조업체의 비용 감소로 이어질 수 있다.
도 1은 종래에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 발광 다이오드를 보다 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자의 발광 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자의 적용 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 발광 다이오드를 보다 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자의 발광 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자의 적용 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자를 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자(100)는 패키지 기판(110), 발광 다이오드(120), 몰딩부(130), 반사판(140) 및 외부 전극 단자(150)를 포함한다.
패키지 기판(110)은 상면 및 하면을 가지며, 상면 및 하면을 관통하는 비아 홀(V)을 구비한다. 이러한 비아 홀(V)은 패키지 기판(110)의 중앙을 관통하도록 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 가장자리에 배치될 수도 있다. 이때, 패키지 기판(110)은 인쇄회로기판(PCB), 리드 프레임, 세라믹 기판, 금속 기판 등에서 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다.
발광 다이오드(120)는 패키지 기판(110)의 상면에 부착된다. 이때, 발광 다이오드(120)는 플립 칩 형태로 부착되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 수평형 칩 또는 수직형 칩 형태로 부착될 수도 있다. 이러한 발광 다이오드(120)는 발광 구조물(122), 반사층(124), 제1 본딩 패드(126), 제2 본딩 패드(127) 및 절연층(128)을 포함할 수 있으나, 이의 구조에 제한되는 것은 아니다.
몰딩부(130)는 패키지 기판(110)의 상면 및 발광 다이오드(120)의 전면을 밀봉하도록 형성된다. 이러한 몰딩부(130)에 형광체를 혼합하여 사용할 경우 백색광을 구현할 수 있게 되고, 몰딩부(130)가 순수 에폭시 수지만으로 이루어질 경우에는 발광 다이오드(120)의 발광 색상에 따라 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 광을 구현할 수 있게 된다. 이때, 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드(120)의 적절한 조합에 의해 백색광을 구현할 수 있게 된다.
즉, 몰딩부(130)는 에폭시 수지, 실리콘 수지 및 폴리이미드 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 이와 달리, 몰딩부(130)는 에폭시 수지, 실리콘 수지 및 폴리이미드 수지 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 형성된 수지층과 파장 변환 물질이 혼합된 것이 이용될 수 있다. 이와 또 달리, 몰딩부(130)는 에폭시 수지, 실리콘 수지 및 폴리이미드 수지 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 형성된 수지층과 파장 변환층을 포함할 수 있다.
이때, 몰딩부(130)는 패키지 기판(110)과 대응되는 면적으로 형성되어, 끝단이 패키지 기판(110)의 측면과 일직선 상에 배치되도록 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 몰딩부(130)는 50 ~ 2000㎛의 두께로 얇게 형성될 수 있는데, 이는 상부 발광 방식과 달리 측면 발광 방식으로 광을 방출하기 때문에 수직 두께를 낮추더라도 지향각의 확보가 가능해질 수 있기 때문이다.
이때, 몰딩부(130)의 두께가 50㎛ 미만일 경우에는 발광 다이오드(120)를 안정적으로 보호하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 몰딩부(130)의 두께가 2000㎛를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 없이 두께만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로 바람직하지 못하다.
반사판(140)은 몰딩부(130) 상에 형성되어, 발광 다이오드(120)로부터 수직으로 입사되는 광을 측면으로 반사시키는 역할을 한다. 이러한 반사판(140)은 몰딩부(130)의 전면에 배치될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 반사판(140)은 0.1 ~ 1000㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 50 ~ 500㎛를 제시할 수 있다. 반사판(140)의 두께가 0.1㎛ 미만일 경우에는 반사판(140)으로써의 기능을 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 반사판(140)의 두께가 1000㎛를 초과할 경우에는 두께 증가에 따른 더 이상의 효과 없이 제조 단가만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있을 뿐만 아니라, 경박 단소화에 역행하는 결과를 초래하므로 바람직하지 못하다. 또한, 반사판(140)의 두께를 50 ~ 500㎛ 이하로 유지할 경우 두께가 두꺼울 경우 표면 거칠기가 증가함으로써 발생될 수 있는 난반사가 줄어들어 반사도가 증가되고, 두께 감소로 인한 비용 절감 효과를 기대할 수 있다.
이러한 반사판(140)의 재질로는 티타늄(Ti), 아연(Zn), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 주석(Sn), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 탄탈륨(Ta), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 은(Ag), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 백금(Pt) 및 로듐(Rh) 중 1종 이상의 화합물, 혼합물, 산화물 및 황화물 중에서 선택될 수 있다.
외부 전극 단자(150)는 패키지 기판(110)의 비아 홀(V) 내에 형성되며, 발광 다이오드(120)와 전기적으로 연결된다. 이러한 외부 전극 단자(150)는 일단이 발광 다이오드(120)의 제1 본딩 패드(126) 및 제2 본딩 패드(127)에 각각 전기적으로 연결되고, 타단이 패키지 기판(110)의 하면으로 연장된다. 이때, 패키지 기판(110) 상에 발광 다이오드(120)를 부착한 후, 발광 다이오드(120)의 제1 본딩 패드(126) 및 제2 본딩 패드(127)를 외부 전극 단자(150)와 공융(eutectic) 본딩 또는 솔더링 본딩을 이용하여 전기적으로 각각 연결할 경우, 금속 와이어를 이용하는 종래 방식과 비교해 볼 때, 전기적 연결 경로가 짧아져 전기 저항이 낮아지고, 열 방출 경로가 짧아지기 때문에 고 전류를 인가할 수 있는 고출력 소자 제작이 가능해질 수 있다.
이때, 솔더링의 경우에 Cr, Ti, Pt, Au, Mo, Sn 중 적어도 2개 이상의 합금, 예를 들면, Au/Sn, Pt/Au/Sn, Cr/Au/Sn 등으로 이루어진 범프(160)에 의해 전기적인 접합이 이루어지게 된다. 특히, 범프(160)로는 Au 및 Sn 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 금속층을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 공융 본딩을 위한 경우에는 Sn, Ag, Cu 등의 합금을 이용할 수 있다. 특히, AuSn 합금, NiSn 합금, AgSn 합금이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 제1 및 2 본딩 패드(125, 126)는 솔더링 본딩 뿐만 아니라 공융 본딩 모두 가능하므로, 필요에 따라 두 방식 중에 어느 하나를 자유롭게 택하여 실장할 수 있다.
도면으로 상세히 도시하지는 않았지만, 외부 전극 단자(150)는 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등에서 선택된 1종 이상의 재질로 이루어진 금속층(미도시)과, 금속층 상에 주석(Sn), 은(Ag) 및 OSP(organic solderability preservative) 중 1종 이상으로 도금 또는 표면 처리된 표면 처리층(미도시)을 포함할 수 있다.
한편, 도 4는 도 3의 발광 다이오드를 보다 구체적으로 나타낸 단면도로 이를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 다이오드(120)는 발광 구조물(122), 투명 전도층(123), 반사층(124), 제1 금속 확산 장벽층(125), 제1 본딩 패드(126) 및 제2 본딩 패드(127)를 포함한다. 또한, 발광 다이오드(120)는 절연층(128)을 더 포함할 수 있다.
발광 구조물(122)은 기판(121) 상에 차례로 적층 형성된 제1 도전형 질화물층(122a), 활성층(122b) 및 제2 도전형 질화물층(122c)을 갖는다.
제1 도전형 질화물층(122a)은 기판(121) 상에 형성된다. 이러한 제1 도전형 질화물층(122a)은 실리콘(Si)을 도핑한 AlGaN으로 이루어진 제1층(미도시)과, 언도우프의 GaN(undoped-GaN)로 이루어진 제2층(미도시)이 교번적으로 형성된 적층 구조를 가질 수 있다. 물론, 제1 도전형 질화물층(122a)은 단일의 질화물층으로 성장시키는 것도 무방하나, 버퍼층(미도시)을 포함한 제1층과 제2층이 교번적으로 형성된 적층 구조로 성장시켜야 크랙이 없는 우수한 결정성을 확보할 수 있으므로, 적층 구조로 형성하는 것이 더 바람직하다.
이때, 기판(121)은 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 재질로 형성될 수 있으며, 대표적으로 사파이어 기판을 일 예로 들 수 있다. 이러한 기판(121)으로는 사파이어 기판 이외에 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘(silicon, Si), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC), 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등에서 선택된 재질로 형성될 수도 있다. 도면으로 도시하지는 않았지만, 발광 다이오드(120)는 기판(121)과 제1 도전형 질화물층(122a) 사이에 개재되는 버퍼층을 더 포함할 수 있다. 이때, 버퍼층은 선택적으로 기판(121)의 상부면에 구비되는 층으로, 기판(121)과 제1 도전형 질화물층(122a) 사이의 격자 부정합을 해소하기 위한 목적으로 형성되며, 그 재질로는 AlN, GaN 등에서 선택될 수 있다.
활성층(122b)은 제1 도전형 질화물층(122a) 상에 형성된다. 이러한 활성층(122b)은 제1 도전형 질화물층(122a)과 제2 도전형 질화물층(122c) 사이에서 단일양자우물구조 또는 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 다수 적층된 다중양자우물(multi-quantum well : MQW) 구조를 가질 수 있다. 즉, 활성층(122b)은 Al이 포함된 AlGaInN의 4원계 질화물층으로 이루어진 양자장벽층과, InGaN으로 이루어진 양자우물층에 의해 다중양자우물 구조를 갖는다. 이러한 다중양자우물 구조의 활성층(122b)은 발생하는 응력과 변형에 의한 자발적인 분극을 억제할 수 있다.
제2 도전형 질화물층(122c)은, 일 예로, Mg을 p형 도펀트로 도핑한 p형 AlGaN의 제1층(미도시)과, Mg을 도핑한 p형 GaN로 이루어진 제2층(미도시)이 교번적으로 형성된 적층 구조를 가질 수 있다. 또한, 제2 도전형 질화물층(122c)은 제1 도전형 질화물층(122a)과 마찬가지로 캐리어 제한층으로 작용할 수 있다.
투명 전도층(123)은 발광 구조물(122) 상에 형성된다. 이러한 투명 전도층(123)은 투명하고 전도성이 있는 물질로 이루어지며, 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 니켈(Ni)과 금(Au)의 복합층일 수 있다. 또한, 투명 전도층(123)은 산화물을 포함할 수 있고, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IGO(Indium Gallium Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Aluminum Tin Oxide), IWO(Indium Tungsten Oxide), CIO(Cupper Indium Oxide), MIO(Magnesium Indium Oxide), MgO, ZnO, In2O3, TiTaO2, TiNbO2, TiOx, RuOx 및 IrOx 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 물질로 이루어진 층이나 그들의 복합층으로 이루어질 수 있다.
반사층(124)은 투명 전도층(123) 상에 형성된다. 반사층(124)은 높은 광 반사도를 가진 금속으로 이루어지며, 구체적으로는 Ag, Al, Au, Pd, Pt, Ru 및 Rh 중에서 선택된 어느 하나 또는 그들의 합금으로 이루어지거나, 그들이 적층된 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 반사층(124)은 광 반사층(미도시) 및 금속 산화 방지층(미도시)을 포함할 수 있다. 즉, 반사층(124)은 Ag 재질로 이루어진 광 반사층 및 Ni 재질로 이루어진 금속 산화 방지층이 차례로 적층된 다층의 금속층을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 반사층(124)은 500 ~ 5000Å의 두께를 가질 수 있으며, 보다 바람직하게는 1500 ~ 3500Å를 제시할 수 있다.
이때, 플립 방식의 발광 다이오드의 경우, 반사층(124)의 재질로 반사율이 높은 Ag가 주로 사용된다. Ag의 일함수가 5eV 이하로 낮기 때문에 제2 도전형 질화물층(122c)과의 접착이 제대로 이루어지지 않는다. 이에 따라, 본 발명에서는 반사층(124)과 제2 도전형 질화물층(122c) 간의 접착력을 높이기 위한 목적으로 제2 도전형 질화물층(122c)과 반사층(124) 사이에 투명 전도층(123)을 적용하였다. 이와 같이, 투명 전도층(123)을 제2 도전형 질화물층(122c)과 반사층(123) 사이에 삽입하면, 투명 전도층(123)이 제2 도전형 질화물층(122c)에 견고하게 부착되어, 순방향 전압(Vf) 및 광학적 출력(PO; Optical Power) 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
제1 금속 확산 장벽층(125)은 반사층(124) 상에 형성된다. 이러한 제1 금속 확산 장벽층(125)은 Cr, Ni, Pt, Ti, Au, Cu 및 W 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 다층의 금속층을 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 제1 금속 확산 장벽층(125)은 반사층(124)과 제1 및 제2 본딩 패드(126, 127) 간의 계면에서 각각의 물질이 융화되어 반사층(124)의 특성, 특히 반사율 및 접촉저항이 저하되는 것을 방지하는 역할을 한다.
도면으로 도시하지는 않았지만, 제1 금속 확산 장벽층(125)은 상부 및 하부 각각에 형성된 제1 접착 금속층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이러한 제1 접착 금속층의 재질로는 Cr 또는 Ti를 포함하는 금속층을 이용하는 것이 바람직하다. 이때, 제1 금속 확산 장벽층(125)의 상부에 배치된 제1 접착 금속층은 제1 금속 확산 장벽층(125)과 반사층(124) 간의 접착력을 향상시키기 위한 목적으로 형성되고, 제1 금속 확산 장벽층(125)의 하부에 배치된 제1 접착 금속층은 제1 금속 확산 장벽층(125)과 제1 및 제2 본딩 패드(126, 127) 간의 접착력을 향상시키기 위한 목적으로 형성된다.
제1 본딩 패드(126)는 제1 도전형 질화물층(122a) 상에 형성되고, 제2 본딩 패드(127)는 발광 구조물(122)의 제2 도전형 질화물층(122c) 상에 형성된다. 이때, 제1 본딩 패드(126) 및 제2 본딩 패드(127)는 전자빔(E-Beam) 증착, 열 증발 증착(Thermal Evaporation). 스퍼터링 증착(Sputtering deposition) 등에서 선택된 어느 하나의 방식에 의해 형성될 수 있다. 이러한 제1 본딩 패드(126) 및 제2 본딩 패드(127)는 동일한 마스크를 사용하는 것에 의해 동일한 물질로 형성될 수 있다. 이때, 제1 본딩 패드(126) 및 제2 본딩 패드(127)는 Au, Cr-Au 합금 등에서 선택된 물질로 형성될 수 있다.
도면으로 도시하지는 않았지만, 제1 및 제2 본딩 패드(126, 127) 각각은 상부 접착 금속층(미도시)과, 제2 금속 확산 장벽층(미도시)과, 하부 접착 금속층(미도시)을 포함할 수 있다. 이때, 상부 접착 금속층 및 하부 접착 금속층 각각은 Ti 또는 Au를 포함하는 금속층을 이용하는 것이 바람직하다. 상부 접착 금속층은 제1 및 제2 본딩 패드(126, 127)와 제1 금속 확산 장벽층(125) 간의 접착력을 향상시키기 위한 목적으로 형성되고, 하부 접착 금속층은 제1 및 제2 본딩 패드(126, 127)와 범프(160) 또는 외부 전극 단자(150) 간의 접착력을 향상시키기 위한 목적으로 형성된다.
제2 금속 확산 장벽층은 Cr, Ni, Pt, Ti, Au, Cu 및 W 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 다층의 금속층을 이용하는 것이 바람직한데, 이는 제1 및 제2 본딩 패드(126, 127)와 제1 금속 확산 장벽층(125) 간의 계면에서 각각의 물질이 융화되어 접촉저항이 저하되는 것을 방지하기 위함이다.
절연층(128)은 제1 본딩 패드(126) 및 제2 본딩 패드(127)를 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 절연층(128)은 Si, Mg, Ti, Al, Zn, C, In, Sn이 포함된 화합물 및 혼합물 중에 선택된 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 그 산화물, 불화물, 황화물 또는 질화물 중에 어느 하나를 선택하여 사용될 수 있다. 또한, 다층으로 이루어져 DBR(Distributed Bragg Reflector)층 또는 ODR(Omni Directional Reflector)층 중의 어느 하나로 활용될 수 있다. 상기 DBR층으로 사용하는 경우, 서로 다른 굴절률을 갖는 복수개의 층으로 구성된다. 상기 DBR층으로 적용되는 Si, Ti, Ta, V, Cr, Mg, Al, Zn, In, Sn, C가 포함된 화합물, 혼합물, 산화물 및 질화물 중에 선택된 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 그 불화물, 황화물 및 질화물 중의 어느 하나의 형태로 사용될 수 있다. 이 중에서 상기 산화물, 질화물 또는 불화물 중의 어느 하나의 형태가 더욱 바람직하다. 상기 DBR의 두께는 10 ~ 900Å이 바람직하며, 적층되는 주기는 제한을 두지는 않지만, 20주기(k=20) 이하가 바람직하다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자의 발광 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자의 적용 예를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자(100)의 경우, 발광 다이오드(120)로부터 발산되어 몰딩부(130)의 내부를 통과하면서 수직으로 입사되는 광이 반사판(140)에 의해 굴절되어 패키지 기판(110) 및 몰딩부(130)의 측면으로 출사되게 된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자(100)들을 직하형 TV에 적용할 경우, 직하형 TV의 커버 버텀 상에 매트릭스 배열 형태로 장착될 수 있다.
이때, 이러한 복수의 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자(100)들의 경우, 인접한 위치에 배열되는 질화물 반도체 발광 소자(100)들 상호 간이 측면으로부터 각각 출사되고, 각각 측면으로 출사된 광이 혼합되면서 수직 방향으로 발산되기 때문에 지향각이 대략 180° 정도까지도 확대될 수 있게 된다. 이 결과, 본 발명에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자(100)는 측면 발광 방식으로 광을 출사하기 때문에 별도의 렌즈를 장착하는 것 없이도 지향각을 대략 180°정도까지도 확대할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자는 패키지 기판 상에 플립 타입으로 발광 다이오드를 탑재하고 발광 다이오드와 패키지 기판을 외부 전극 단자와 공융(eutectic) 본딩 또는 솔더링 본딩을 이용하여 직접 연결함으로써, 고 전류를 인가하는 고출력 소자 제작이 가능해질 수 있을 뿐만 아니라, 측면 발광 방식으로 광을 발산하도록 설계함으로써 지향각을 대략 180°정도까지도 확대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자는 리드 프레임 몰드 컵 및 렌즈가 생략되므로, 제조 단가가 감소할 뿐만 아니라 패키지 전체 두께의 감소로 경박 단소한 구조를 갖는다.
이에 더불어, 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자는 렌즈가 필요 없어 경박 단소한 구조를 가지므로 직하형 TV에 탑재할 경우 TV 세트의 두께가 얇아지므로 부피 및 무게의 감소로 슬림해질 수 있는 구조적인 이점이 있으며, 이로 인해 물류비 감소를 통한 제조업체의 비용 감소로 이어질 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 질화물 반도체 발광 소자
110 : 패키지 기판
120 : 발광 다이오드 121 : 기판
122 : 발광 구조물 122a : 제1 도전형 질화물층
122b : 활성층 122c : 제2 도전형 질화물층
123 : 투명 전도층 124 : 반사층
125 : 제1 금속 확산 장벽층 126 : 제1 본딩 패드
127 : 제2 본딩 패드 128 : 절연층
130 : 몰딩부 140 : 반사판
150 : 외부 전극 단자 160 : 범프
V : 비아 홀
120 : 발광 다이오드 121 : 기판
122 : 발광 구조물 122a : 제1 도전형 질화물층
122b : 활성층 122c : 제2 도전형 질화물층
123 : 투명 전도층 124 : 반사층
125 : 제1 금속 확산 장벽층 126 : 제1 본딩 패드
127 : 제2 본딩 패드 128 : 절연층
130 : 몰딩부 140 : 반사판
150 : 외부 전극 단자 160 : 범프
V : 비아 홀
Claims (23)
- 비아 홀을 구비하는 패키지 기판;
상기 패키지 기판 상에 부착된 발광 다이오드;
상기 패키지 기판 및 발광 다이오드를 밀봉하도록 형성된 몰딩부;
상기 몰딩부 상에 형성되어, 상기 발광 다이오드로부터 입사되는 광을 측면으로 반사시키는 반사판; 및
상기 패키지 기판의 비아 홀 내에 형성되며, 상기 발광 다이오드와 전기적으로 연결된 외부 전극 단자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 발광 다이오드는
기판 상에 형성된 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 갖는 발광 구조물과,
상기 발광 구조물 상에 형성된 투명 전도층과,
상기 투명 전도층 상에 형성된 반사층과,
상기 반사층 상에 형성된 제1 금속 확산 장벽층과,
상기 제1 도전형 질화물층과 전기적으로 접속된 제1 본딩 패드와,
상기 제2 도전형 질화물층과 전기적으로 접속된 제2 본딩 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제2항에 있어서,
상기 반사층은
광 반사층 및 금속 산화 방지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제2항에 있어서,
상기 반사층은
Ag 또는 Ni을 포함하는 다층의 금속층인 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 금속 확산 장벽층은
상부 및 하부 각각에 형성된 제1 접착 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제5항에 있어서,
상기 제1 접착 금속층은
Cr 또는 Ti를 포함하는 금속층인 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 금속 확산 장벽층은
Cr, Ni, Pt, Ti, Au, Cu 및 W 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 다층의 금속층인 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 본딩 패드 각각은
상부 접착 금속층과,
제2 금속 확산 장벽층과,
하부 접착 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제8항에 있어서,
상기 상부 접착 금속층 및 하부 접착 금속층 각각은
Ti 또는 Au를 포함하는 금속층인 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제8항에 있어서,
상기 제2 금속 확산 장벽층은
Cr, Ni, Pt, Ti, Au, Cu 및 W 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 다층의 금속층인 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 본딩 패드는
상기 발광 다이오드의 동일 면에 형성되고, 상기 패키지 기판의 비아 홀과 전기적으로 연결된 범프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제11항에 있어서,
상기 범프는
Au 및 Sn 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 금속층인 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제2항에 있어서,
상기 발광 다이오드는
상기 제1 금속 확산 장벽층 상에 형성된 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제2항에 있어서,
상기 외부 전극 단자는
일단이 상기 제1 본딩 패드 및 제2 본딩 패드에 각각 전기적으로 연결되고, 타단이 상기 패키지 기판의 하면으로 연장된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 패키지 기판은
인쇄회로기판(PCB), 리드 프레임, 세라믹 기판 및 금속 기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 몰딩부는
상기 패키지 기판과 대응되는 면적으로 형성되어, 끝단이 상기 패키지 기판의 측면과 일직선 상에 배치된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 몰딩부는
에폭시 수지, 실리콘 수지 및 폴리이미드 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 몰딩부는
에폭시 수지, 실리콘 수지 및 폴리이미드 수지 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 형성된 수지층과 파장 변환 물질이 혼합된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 몰딩부는
에폭시 수지, 실리콘 수지 및 폴리이미드 수지 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 형성된 수지층과 파장 변환층을 포함하는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 외부 전극 단자는
구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W) 중 1종 이상을 포함하는 금속층과,
상기 금속층 상에 주석(Sn), 은(Ag) 및 OSP(organic solderability preservative) 중 1종 이상으로 도금 또는 표면 처리된 표면 처리층을 포함하는 적층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제20항에 있어서,
상기 몰딩부는
50 ~ 2000㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 반사판은
0.1 ~ 1000㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 반사판은
티타늄(Ti), 아연(Zn), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 주석(Sn), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 탄탈륨(Ta), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 은(Ag), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 백금(Pt) 및 로듐(Rh) 중 어느 하나, 1종 이상의 화합물, 혼합물, 산화물 또는 황화물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 질화물 반도체 발광 소자.
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| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |