KR20170072687A - 자외선 발광소자 - Google Patents

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KR20170072687A
KR20170072687A KR1020150181169A KR20150181169A KR20170072687A KR 20170072687 A KR20170072687 A KR 20170072687A KR 1020150181169 A KR1020150181169 A KR 1020150181169A KR 20150181169 A KR20150181169 A KR 20150181169A KR 20170072687 A KR20170072687 A KR 20170072687A
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장성규
이규호
채종현
조홍석
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 기판; 상기 기판의 일측 표면 상에 구비되며, 제1형 반도체층, 활성층 및 제2형 반도체층을 구비한 발광다이오드;를 포함하며, 상기 기판의 면적/발광다이오드의 발광면적 ≤ 6.5인 것을 특징으로 하는 발광소자를 제공한다.

Description

자외선 발광소자{UV Light Emitting Device}
본 발명은 자외선 발광소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광 추출 효율을 향상시킬 수 있도록 한 자외선 발광소자에 관한 것이다.
자외선 발광소자는 많은 양의 자외선 광이 외부로 출사되지 못하고, 자외선 광이 자외선 발광소자 내부에서 흡수되거나 소멸되므로, 광 추출 효율이 낮은 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 기판의 두께가 120㎛를 초과하도록 형성함으로써, 기판의 외부로 추출되는 광의 추출 효율을 향상시키고자 한 기술이 연구된 바 있다.
그러나 기판의 두께를 필요 이상으로 증가시킬 경우 웨이퍼로부터 개개의 칩으로 분할하는 것이 용이하지 않고, 그 증가된 두께로 인해 패키지화할 때 렌즈 부착에 제약이 발생할 수 있다.
본 발명은 동일한 발광면적에 대해 기판의 면적을 증가 또는 최적화함으로써 광 추출 효율을 향상시킬 수 있도록 한 자외선 발광소자를 제공한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 자외선 발광소자는, 제1면 및 제1면에 대향하는 제2면을 갖는 기판; 상기 기판의 제1면에 형성되며, 제1형 반도체층, 자외선 광을 방출하는 활성층 및 제2형 반도체층을 구비한 발광다이오드;를 포함하며, 상기 기판의 면적/발광다이오드의 발광면적 ≤ 6.5일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 기판의 두께는 200㎛∼400㎛일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 기판의 면적은 350㎛*410㎛∼550㎛*550㎛일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 기판은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 및 AlN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 기판일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 기판의 제2면 또는 측면에는 복수의 개질영역이 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 발광다이오드의 발광면적은 35,000㎛2∼40,000㎛2일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 발광다이오드의 발광면적은 상기 활성층의 면적일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1형 반도체층 상에 형성되는 제1컨택전극을 더 포함하며, 상기 제1컨택전극은 반사물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 발광소자가 플립 칩 형태로 본딩되는 서브마운트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판의 평면 면적을 증가시킴으로써 기판의 두께를 증가시키지 않더라도 광이 추출되는 기판의 측면 면적 역시 증가하게 되므로 광 추출 효과를 높일 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 “A-A'”선을 절취한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자가 서브마운트에 실장된 상태를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 발광소자를 이용하여 제조된 발광소자 패키지를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 어셈블리의 기판 두께에 따른 발광파워(Po)를 보여주는 그래프이다.
도 7a 내지 도 7d는 각각 본 발명에 적용된 다양한 크기의 발광소자의 평면과 단면을 나타낸 사진이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여했다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자를 도시한 평면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자(100)는, 기판의 일측 표면에 이격 형성되는 제1범프전극(151)과 제2범프전극(152)을 포함할 수 있다.
제1범프전극(151)은 제1패드전극(131) 상에 형성될 수 있고, 제1패드전극(131)은 제1컨택전극(131) 상에 형성될 수 있다. 제1컨택전극(141)은 제1형 반도체층과의 오믹 접촉특성을 형성하기 위한 전극으로, 자외선 발광소자의 전류 분산을 개선하기 위해 메사(MESA) 부분을 제외한 제1형 반도체층의 노출영역에 위치한다. 제1컨택전극(141)은 반사물질을 포함할 수 있다.
반사물질은 기판(110)으로부터 제1컨택전극(141) 측으로 반사된 자외선 광을 다시 기판(110) 측으로 반사시키는 역할을 함으로써, 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
반사물질은 도전성이 우수한 금속 물질로 형성될 수 있다. 반사물질은 예컨대, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에서 반사물질은 자외선 파장 대역에서 반사율이 높은 Al이 사용될 수 있으며, 반사물질은 아일랜드들의 행렬 구조, 복수의 라인들 또는 메쉬 구조로 형성될 수 있다.
제2범프전극(152)은 제2패드전극(132) 상에 형성될 수 있고, 제2패드전극(132)은 제2컨택전극(142) 상에 형성될 수 있다. 제2컨택전극(142)은 제2형 반도체층 상에 형성될 수 있다.
제2범프전극(152), 제2패드전극(132) 및 제2컨택전극(142)의 양측에는 각각 그 내측으로 오목하게 오목부가 형성될 수 있다. 즉, 오목부는 제1범프전극(151), 제1패드전극(131) 및 제1컨택전극(141)과 인접한 변 및 그 반대측 변에 서로 대칭되게 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자를 도시한 단면도로서, 도 1의 “A-A'”선을 절취한 단면도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(100)는 자외선 영역의 광을 방출할 수 있는 자외선 발광소자일 수 있다. 예컨대, 일 실시예에 의한 자외선 발광소자는 360nm 이하의 심(Deep) 자외선 광을 방출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 자외선 발광소자는 기판(110) 및 발광다이오드(120)를 포함할 수 있다.
기판(110)은 반도체 단결정을 성장시키기 위한 것으로, 제1면(110a) 및 제1면(110a)과 대향하는 제2면(110b)을 가질 수 있다.
기판(110)은 징크 옥사이드(ZnO), 갈륨나이트라이드(GaN), 실리콘 카바이드(SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등이 이용될 수 있으나, 방위의 정도가 높고, 정밀한 폴리싱으로 흠이나 자국이 없는 사파이어(sapphire)를 포함하는 투명 재질이 주로 이용될 수 있다.
기판(110)의 제1면(110a)에는 기판(110)과 제1형 반도체층(121) 사이의 격자 부정합을 완화하기 위한 버퍼층(도시 생략)이 더 구비될 수 있다. 버퍼층은 단일층 또는 복수층으로 이루어질 수 있으며, 복수층으로 이루어질 경우 저온 버퍼층과 고온 버퍼층으로 이루어질 수 있다.
발광다이오드(120)는 전자와 정공의 재결합에 따른 에너지를 광으로 변환시키는 발광 구조물로서, 기판(110)을 습식 또는 건식 공정을 통하여 표면을 처리하고, 그 위에 반도체 박막 성장 장치를 이용하여 형성할 수 있다.
발광다이오드(120)는 기판(110)의 제1면(110a)에 순차적으로 적층된 제1형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2형 반도체층(123)을 포함할 수 있다.
제1형 반도체층(121)은 기판(110)의 제1면(110a)에 구비될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 그 일부가 노출된 형태로 구비될 수 있는데, 이는 활성층(122) 및 제2형 반도체층(123)의 일부를 메사 식각하여 노출될 수 있다. 메사 식각 시 제1형 반도체층(121)의 일부도 식각될 수 있다.
제1형 반도체층(121)은 제1형 불순물 예컨대, N형 불순물이 도핑된 InxAlyGa1 -x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 계열의 III족-V족 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 단일층 또는 복수층으로 이루어질 수 있다. N형 도전성 불순물로는 Si, Ge, Sn 등을 사용할 수 있다.
활성층(122)은 제1형 반도체층(121) 상에 구비될 수 있으며, 활성층(122)은 제1형 반도체층(121) 및 제2형 반도체층(123)으로부터 제공되는 전자-홀의 결합을 통해 광을 발생시킨다. 일 실시예에 따르면, 활성층(122)은 전자-홀의 결합 효율을 높이기 위해 다중양자우물(Multple quantum well) 구조를 가질 수 있다. 활성층(122)은 요구되는 파장의 광 예컨대, 200nm∼360nm의 피크 파장을 가지는 자외선 광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정될 수 있다.
활성층(122)에서 생성된 자외선 광은 TE 편광과 TM 편광으로 구성될 수 있다. TE 편광은 활성층(122)의 면에 대해 수직인 방향으로 진행하는데 반해, TM 편광은 활성층(122)의 면에 대해 평행한 방향으로 진행할 수 있다.
다만, 자외선 광의 대부분은 TM 편광이다. 하지만, 발광다이오드(120) 특히, 활성층(122)의 측면은 활성층(122)의 상면이나 배면에 비해 매우 작은 사이즈를 갖고 있기 때문에 활성층(122)의 측면을 통해 외부로 추출되는 자외선 양은 매우 적게 된다. 따라서, 자외선 광은 기판(110)을 통해 외부로 출사되는 양이 가시광선에 비해 매우 낮다.
본 발명의 일 실시예는 기판(110)의 면적을 허용 범위 내에서 극대화함으로써 자외선 광이 추출되는 기판(110)의 측면 볼륨 역시 극대화할 수 있도록 한 것이다. 그 허용 범위에 대해서는 이후에 자세히 설명하기로 한다.
제2형 반도체층(123)은 활성층(122) 상에 구비될 수 있으며, 제2형 반도체층(123)은 제2형 불순물 예컨대, P형 불순물이 도핑된 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 계열의 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 제2형 반도체층(123)은 단일층 또는 복수층으로 이루어질 수 있다.
제1형 반도체층(121)과 제2형 반도체층(123)의 표면에는 제1패드전극(131) 및 제2패드전극(132)이 구비될 수 있다. 제1패드전극(131) 및 제2패드전극(132)은 Ni, Cr, Ti, Al, Ag 또는 Au 등을 포함할 수 있다. 제1패드전극(131)은 제1형 반도체층(121)의 노출된 부분과 전기적으로 연결될 수 있고, 제2패드전극(132)은 제2형 반도체층(123)의 노출된 부분과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1형 반도체층(121)과 제1패드전극(131) 사이에는 단차 패드층(133)이 더 포함될 수 있다. 단차 패드층(133)은 제1패드전극(131)의 위상이 제2패드전극(132)의 위상과 대응되도록 단차를 보상해 준다. 즉, 제1형 반도체층(121)의 메사 식각에 의해 제1패드전극(131)은 제2패드전극(132)과 비교하여 낮은 위치에 형성될 수 있는데, 제1패드전극(131)의 하측에 형성되는 단차 패드층(133)을 매개로 제1패드전극(131)과 제2패드전극(132)의 위상이 동일해질 수 있다. 단차 패드층(133)은 예컨대, Ti, Au을 포함할 수 있다.
또한, 제1형 반도체층(121)과 단차 패드층(133) 사이 그리고 제2형 반도체층(123)과 제2패드전극(132) 사이에는 오믹 컨택을 위한 제1컨택전극(141) 및 제2컨택전극(142)이 더 포함될 수 있다. 제1컨택전극(141)은 예컨대, Cr, Ti, Al, Au을 포함할 수 있고, 제2컨택전극(142)은 예컨대, Ni, Au을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 발광소자(100)는 그 하측의 발광다이오드(120)를 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 하는 패시베이션층(160)을 더 포함할 수 있다.
패시베이션층(160)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 포함하는 절연막으로 이루어질 수 있다. 패시베이션층(160)은 제1패드전극(131)의 표면 및 제2패드전극(132)의 표면의 일부를 노출시키는 개구부들을 구비할 수 있다.
또한, 도 3을 참고하면, 발광소자(100)는 서브마운트(200)에 플립 칩 형태로 실장될 수 있으며, 이 경우 서브마운트(200)와 전기적으로 연결될 수 있도록 발광소자(100)는 제1범프전극(151) 및 제2범프전극(152)을 더 포함할 수 있다.
제1범프전극(151)은 제1패드전극(131) 상에 구비될 수 있고, 제2범프전극(152)은 제2패드전극(132) 상에 구비될 수 있다. 제1범프전극(151) 및 제2범프전극(152)은 예컨대, Ti, Au Cr를 포함하여 이루어질 수 있다.
서브마운트(200)는 일측 표면에 제1전극층(210) 및 제2전극층(220)을 구비하며, 제1전극층(210) 및 제2전극층(220)에 각각 발광소자(100)의 제1범프전극(151) 및 제2범프전극(152)이 전기적, 물리적으로 연결될 수 있다.
이때, 범프전극들(151, 152)은 패드전극들(131, 132)의 표면 및 패시베이션층(160)의 일부 표면을 덮도록 형성될 수 있다. 즉 접합 신뢰성을 위해서 패시베이션층(160)의 일부는 패드전극들(131, 132)과 범프전극들(151, 152) 사이에 개재되고, 범프전극들(151, 152)은 패드전극들(131, 132)의 노출된 부분 및 패시베이션층(160)의 일부 표면을 덮도록 형성되는 것이다.
한편, 기판(110)은 소정의 길이와 폭 및 두께를 갖는 육면체로 형성될 수 있다. 예컨대, 기판(110)의 두께는 200㎛∼400㎛일 수 있다.
기판(110)의 일측 표면의 면적이 증가하면, 광이 추출되는 기판의 측면 면적 역시 증가하게 되어 기판의 두께를 증가시키지 않더라도 광량의 증가를 유도할 수 있으므로 패키지화할 경우 기판의 두께로 인한 제약이 최소화될 수 있다. 따라서, 허용되는 범위 내에서 기판의 면적은 증가할수록 좋다.
다만, 기판(110)의 전체 면적이 증가되더라도 광이 추출되는 기판의 측면이 임계점 이상으로 증가할 경우 광 손실이 발생할 수 있으므로, 기판 면적/발광다이오드의 발광면적 ≤ 6.5를 만족하는 범위 내에서 광 추출 효율을 최적화할 수 있다.
이때, 기판의 면적은 기판(110)의 제1면(110a)의 면적일 수 있고, 발광다이오드(120)의 발광면적은 활성층(122)의 면적일 수 있다. 예컨대, 기판(110)은 350㎛*410㎛∼650㎛*650㎛의 면적을 가질 수 있고, 발광다이오드(120)는 35,000㎛2∼40,000㎛2의 발광면적을 가질 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예는 기판(110)의 두께가 200㎛∼400㎛인 범위이고 발광다이오드(120)의 발광면적이 고정된 상태에서, 기판 면적/발광다이오드의 발광면적이 6.5 이하를 만족하면서 기판의 면적을 증가시킬 경우 종래의 발광소자에 비해 발광 효율이 더 높은 발광소자를 제공할 수 있다. 이에 대해서는 도 6을 참고하여 다시 설명하기로 한다.
한편, 기판의 면적이 증가할 경우, 기판(110)의 제1면(110a)에 형성되는 제1범프전극(또는 제1패드전극)과 제2범프전극(또는 제2패드전극) 간의 이격 거리, 각 범프전극과 기판의 테두리 간의 이격 거리가 증가될 수 있으며, 이러한 경우 각 범프전극 사이에서 전류 집중이 일어나 기판 전면에 전류 분산이 고르게 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 각 범프전극 간의 간격을 동일하게 유지할 필요가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 제1컨택전극(141)은 반사물질을 포함할 수 있다. 반사물질은 기판(110)으로부터 제1컨택전극(141) 측으로 반사된 자외선 광을 다시 기판(110) 측으로 반사시키는 역할을 함으로써, 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
반사물질은 도전성이 우수한 금속 물질로 형성될 수 있다. 반사물질은 예컨대, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에서 반사물질은 자외선 파장 대역에서 반사율이 높은 Al이 사용될 수 있으며, 반사물질은 아일랜드들의 행렬 구조, 복수의 라인들 또는 메쉬 구조로 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자를 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
우선, 기판(110)을 준비하고, 기판(110)의 일측 표면 상에 제1형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2형 반도체층(123)을 포함하는 복수의 반도체층들을 순차적으로 형성한다. 기판(110)은 200㎛∼400㎛ 두께의 사파이어 기판으로 준비할 수 있다. 이때, 기판(110)은 하나의 웨이퍼에 350*410, 450*450, 550*550, 650*650 등 다양한 크기의 발광소자가 구현되도록 마스크를 이용하여 패턴이 형성된 것일 수 있다.
제1형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2형 반도체층(123) 등과 같은 복수의 반도체층들은 공지의 반도체층들을 형성하는 방법, 예컨대 MOCVD법, 분자 빔 성장법, 에피텍셜 성장법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
이어서, 발광다이오드(120)를 복수 형성하기 위해 제1형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2형 반도체층(123)을 식각하여 분리한다.
분리된 제1형 반도체층(121)의 일부가 노출되도록 메사 식각을 실시하여 제1형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2형 반도체층(123)을 포함하는 복수 개의 발광다이오드(120)들을 형성한다.
그 후, 제1형 반도체층(121) 표면에 제1패드전극(131)을, 제2형 반도체층(123) 표면에 제2패드전극(132)을 형성할 수 있다.
이때, 패드전극들(131, 132)을 형성하기 이전에 개구부를 통해 각각의 반도체층(121, 123)과 접촉하는 제1컨택전극(141) 및 제2컨택전극(142)을 먼저 형성하고, 제1컨택전극(141) 및 제2컨택전극(142) 상에 각각 제1패드전극(131) 및 제2패드전극(132)을 형성할 수도 있다.
다음으로, 기판(110)의 전체 표면 상에 발광다이오드(120)들의 제1형 반도체층(121), 제2형 반도체층(123), 제1패드전극(131) 및 제2패드전극(132)을 보호하기 위한 패시베이션층(160)을 형성한다. 이때, 패시베이션층(160)에는 제1패드전극(131) 및 제2패드전극(132)의 표면 일부를 노출시키는 개구부들이 형성될 수 있다.
이어서, 제1패드전극(131) 및 제2패드전극(132) 상에 제1범프전극(151) 및 제2범프전극(152)을 형성하여 기판(110)의 일측 표면 상에 각각 이격된 복수 개의 발광다이오드(120)들을 형성하고, 발광다이오드(120)들을 개별로 분리하기 위해 기판(110)을 분할하는 공정을 진행함으로써 도 2에 도시된 바와 같은 발광소자(100)를 제조한다.
또한, 기판(110)을 분할하여 발광소자(100)를 제조하는 공정과는 별도로 일측 표면 상에 제1전극(210) 및 제2전극(220)을 구비한 서브마운트(200)를 준비한다.
이어서, 발광소자(100)의 제1범프전극(151)과 서브마운트(200)의 제1전극층(210)이 서로 대응하고, 발광소자(100)의 제2범프전극(152)과 서브마운트(200)의 제2전극층(220)이 서로 대응하도록 서브마운트(200)와 발광소자(100)를 정렬한 후, 전극층들(210, 220)과 범프전극들(151, 152)을 플립 본딩하여 도 3에 도시된 바와 같은 발광소자 어셈블리를 형성할 수 있다. 이때, 플립본딩은 열초음파법 또는 열압착법을 이용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 발광소자(100)는, 기판(110)의 전체 표면적을 증가시킬 수 있도록 기판(110)의 측면 및 제2면(110b)에 복수의 개질영역(111)을 구비할 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(110)의 측면 및 제2면(110b)에 돌기 등의 개질영역(111)들을 구비하여 기판(110)의 측면으로 진행하는 광의 광 추출 효율을 높여 보다 발광 효율이 높은 발광소자를 제공하는 효과가 있다.
개질영역(111)들은 기판(110)의 측면 및 제2면(110b)에 미리 형성되어 구비될 수도 있고, 기판(110)을 분할하는 공정 중 또는 분할하는 공정 이후 블라스트 또는 레이저 빔을 이용하여 형성할 수도 있다.
개질영역(111)들의 높이는 100㎚ 내지 1 ㎛일 수 있다. 개질영역(111)들은 기판(110)의 측면 및 제2면(110b)에 일정 간격으로 또는 불규칙하게 배치될 수 있고, 동일한 형상 또는 다양한 형상으로 구비될 수도 있으며, 그 크기 또한 동일한 크기 또는 각각 다른 크기로 구비될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자를 이용하여 제조된 발광소자 패키지를 도시한 사시도이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지(1000)는, 패키지 몸체(1100), 패키지 몸체(1100)에 실장되는 발광소자(100)를 포함할 수 있다.
패키지 몸체(1100)의 일측 표면에는 발광소자(100) 주위에 경사면(1111)이 형성되도록 하측으로 캐비티(1110)가 함몰 형성될 수 있다. 경사면(1111)은 발광소자 패키지의 광 추출 효율을 높일 수 있다.
패키지 몸체(1100)는 절연부(1400)에 의해 제1전극부(1200)와 제2전극부(1300)로 구획되어 전기적으로 서로 분리될 수 있다.
패키지 몸체(1100)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다, 예컨대, 발광소자(100)가 자외선 광을 방출할 경우 방열 특성을 향상시키기 위해 패키지 몸체(1100)는 알루미늄 재질로 구현될 수 있다. 따라서, 제1전극부(1200) 및 제2전극부(1300)는 발광소자(100)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수 있다.
발광소자(100)는 금속와이어 등의 연결부재(1600)를 매개로 제1전극부(1200)와 제2전극부(1300)에 전기적으로 연결되어 전원을 제공받을 수 있다.
발광소자(100)는 서브마운트에 실장된 상태에서, 패키지 몸체(1100)의 캐비티(1110)에 탑재될 수 있으며, 제1전극층(1200) 및 제2전극층(1300)과 금속와이어에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 도면부호 (1500)은 제너다이오드(Zener diode)로서, 정전압 다이오드로 칭할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자의 기판 면적에 따른 발광 파워(Po)를 보여 주는 그래프이고, 도 7a 내지 도 7d는 각각 본 발명에 적용된 발광소자의 평면과 단면을 나타낸 사진이다.
도 6 내지 도 7d를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자를 준비하고, 발광소자에 20mA의 전류를 인가하여 발광소자에서 발광하는 발광파워(Po)를 측정하며, 또한 발광소자 패키지(1000)를 제작한 후 동일한 조건에서 발광 파워를 측정하였다.
이때, 발광소자 및 발광소자 패키지의 기판의 두께는 250㎛이며, 그 결과를 아래의 표 1에 기재하였다.
기판 면적 350㎛*410㎛ 450㎛*450㎛ 550㎛*550㎛ 650㎛*650㎛
143,500㎛2 202,520㎛2 302,500㎛2 422,500㎛2
발광면적 38,380㎛2 38,380㎛2 38,380㎛2 38,380㎛2
기판 면적/
발광면적		 3.74 5.28 7.88 11.01
발광소자 패키지(1000)에 20mA의 전류를 인가하였을 때, 도 7a와 같이 기판(110)의 면적이 350㎛*410㎛인 경우에는 발광파워가 0.857mW이고, 도 7b와 같이 450㎛*450㎛인 경우에는 0.880이며, 도 7c와 같이 550㎛*550㎛인 경우에는 0.789이고, 도 7d와 같이 650㎛*650㎛인 경우에는 0.769로서, 기판의 면적이 450㎛*450㎛과 550㎛*550㎛ 사이에서 발광 파워가 저하되는 결과를 보여준다. 이때, 발광다이오드의 발광면적은 38,380㎛2으로 유지된 것을 가정한다.
이러한 결과는 필요 이상으로 기판의 면적이 커지면, 기판의 측면으로 추출되는 광량에 손실이 발생하는 것을 알 수 있다.
이때, 기판 면적/발광다이오드의 발광면적의 비율을 나타낸 기울기와 발광 파워의 접점은 6.5로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 및 발광소자 패키지는 기판 면적/발광다이오드의 발광면적이 6.5 이하를 만족하는 범위에서 기판의 면적이 증가할수록, 그 발광 파워 역시 더 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 따라서 상기한 조건을 충족하는 기판을 발광소자에 적용하고, 상기한 발광소자를 이용하여 발광소자 패키지를 제조함으로써 보다 광 추출 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
이때, 본 발명의 실시예에서, 최소 기판 면적이350㎛*410㎛∼650㎛*650㎛인 발광소자 및 발광소자 패키지를 이용하여 실험을 진행하였으나, 이는 단지 하나의 실시예일 뿐 본 발명의 실시예는350㎛*410㎛ 미만의 면적을 갖는 기판 역시 적용 가능하다. 따라서, 본 발명의 실시예에서 기판 면적/발광다이오드의 발광면적의 최소값이 3.74를 의미하는 것은 아니다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
즉, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
따라서, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 발광소자
110; 기판 111: 개질영역
120: 발광다이오드 121: 제1형 반도체층
122: 활성층 123: 제2형 반도체층
131: 제1패드전극 132: 제2패드전극
141: 제1컨택전극 142: 제2컨택전극
151: 제1범프전극 152: 제2범프전극
160: 패시베이션층
200: 서브마운트 210: 제1전극층
220: 제2전극층

Claims (9)

  1. 제1면 및 제1면에 대향하는 제2면을 갖는 기판;
    상기 기판의 제1면에 형성되며, 제1형 반도체층, 자외선 광을 방출하는 활성층 및 제2형 반도체층을 구비한 발광다이오드;를 포함하며,
    상기 기판의 면적/발광다이오드의 발광면적 ≤ 6.5인 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 두께는 200㎛∼400㎛인 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 면적은 350㎛*410㎛∼550㎛*550㎛인 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 및 AlN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 기판인 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 제2면 또는 측면에는 복수의 개질영역이 형성된 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발광다이오드의 발광면적은 35,000㎛2∼40,000㎛2인 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발광다이오드의 발광면적은 상기 활성층의 면적인 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1형 반도체층 상에 형성되는 제1컨택전극을 더 포함하며, 상기 제1컨택전극은 반사물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자가 플립 칩 형태로 본딩되는 서브마운트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
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