KR20170109167A - 반도체 발광소자 - Google Patents

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KR20170109167A KR1020160032787A KR20160032787A KR20170109167A KR 20170109167 A KR20170109167 A KR 20170109167A KR 1020160032787 A KR1020160032787 A KR 1020160032787A KR 20160032787 A KR20160032787 A KR 20160032787A KR 20170109167 A KR20170109167 A KR 20170109167A
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light emitting
emitting device
semiconductor light
wall
conductive portion
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전수근
김경민
김봉환
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주식회사 세미콘라이트
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Abstract

본 개시는, 반도체 발광소자에 있어서, 제1 도전부, 제2 도전부 및 제1 도전부와 제2 도전부 사이에 위치하는 절연부를 포함하는 기판; 기판 위에 위치하여 기판과 전기적으로 연결된 반도체 발광소자 칩; 기판 위에 위치하여, 반도체 발광소자 칩을 둘러싸고 있는 벽;으로서, 벽의 하면과 이어진 제1 내측면과 제1 내측면과 이어진 제2 내측면을 포함하는 벽; 그리고, 반사층;으로서, 제1 내측면에는 형성되지 않고 제2 내측면에만 형성된 반사층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자에 관한 것이다.

Description

반도체 발광소자{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 광 추출 효율을 향상시킨 반도체 발광소자에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art). 또한 본 명세서에서 상측/하측, 위/아래 등과 같은 방향 표시는 도면을 기준으로 한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예를 나타내는 도면이다.
반도체 발광소자 칩은 성장기판(10; 예: 사파이어 기판), 성장기판(10) 위에, 버퍼층(20), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: n형 GaN층), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예; INGaN/(In)GaN MQWs), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: p형 GaN층)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 전류 확산을 위한 투광성 전도막(60)과, 본딩 패드로 역할하는 전극(70)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에 본딩 패드로 역할하는 전극(80: 예: Cr/Ni/Au 적층 금속 패드)이 형성되어 있다. 도 1과 같은 형태의 반도체 발광소자를 특히 레터럴 칩(Lateral Chip)이라고 한다. 여기서, 성장기판(10) 측이 외부와 전기적으로 연결될 때 장착면이 된다.
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위해 도면기호를 변경하였다.
반도체 발광소자 칩은 성장기판(10), 성장기판(10) 위에, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 성장기판(10) 측으로 빛을 반사시키기 위한 3층으로 된 전극막(90, 91, 92)이 형성되어 있다. 제1 전극막(90)은 Ag 반사막, 제2 전극막(91)은 Ni 확산 방지막, 제3 전극막(92)은 Au 본딩층일 수 있다. 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(80)이 형성되어 있다. 여기서, 전극막(92) 측이 외부와 전기적으로 연결될 때 장착면이 된다. 도 2와 같은 형태의 반도체 발광소자 칩을 특히 플립 칩(Flip Chip)이라고 한다. 도 2에 도시된 플립 칩의 경우 제1 반도체층(30) 위에 형성된 전극(80)이 제2 반도체층 위에 형성된 전극막(90, 91, 92)보다 낮은 높이에 있지만, 동일한 높이에 형성될 수 있도록 할 수도 있다. 여기서 높이의 기준은 성장기판(10)으로부터의 높이일 수 있다.
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면이다.
반도체 발광소자(100)는 리드 프레임(110, 120), 몰드(130), 그리고 캐비티(140) 내에 수직형 반도체 발광소자 칩(150; Vertical Type Light Emitting Chip)이 구비되어 있고, 캐비티(140)는 파장 변환재(160)를 함유하는 봉지제(170)로 채워져 있다. 수직형 반도체 발광소자 칩(150)의 하면이 리드 프레임(110)에 전기적으로 직접 연결되고, 상면이 와이어(180)에 의해 리드 프레임(120)에 전기적으로 연결되어 있다. 수직형 반도체 발광소자 칩(150)에서 나온 광의 일부가 파장 변환재(160)를 여기 시켜 다른 색의 광을 만들어 두 개의 서로 다른 광이 혼합되어 백색광을 만들 수 있다. 예를 들어 반도체 발광소자 칩(150)은 청색광을 만들고 파장 변환재(160)에 여기 되어 만들어진 광은 황색광이며, 청색광과 황색광이 혼합되어 백색광을 만들 수 있다. 도 3은 수직형 반도체 발광소자 칩(150)을 사용한 반도체 발광소자를 보여주고 있지만 , 도 1 및 도 2에 도시된 반도체 발광소자 칩을 사용하여 도 3과 같은 형태의 반도체 발광소자를 제조할 수도 있다.
도 3과 같은 반도체 발광소자에서 캐비티(140)를 형성하는 몰드(130)의 내측면(131)이 광 추출 효율 향상을 위해 반사층으로 덮여 있을 수 있다. 특히 반사성능이 우수한 금속성 반사층이 형성될 수 있다. 그러나 금속성 반사층이 리드 프레임(110, 120)과 전기적으로 연결되는 경우 쇼트 문제가 발생할 수 있다.
본 개시는 광 추출 효율을 향상시키기 위해 금속성 반사층을 사용하면서도, 쇼트 문제를 해결한 반도체 발광소자를 제공하고자 한다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자에 있어서, 제1 도전부, 제2 도전부 및 제1 도전부와 제2 도전부 사이에 위치하는 절연부를 포함하는 기판; 기판 위에 위치하여 기판과 전기적으로 연결된 반도체 발광소자 칩; 기판 위에 위치하여, 반도체 발광소자 칩을 둘러싸고 있는 벽;으로서, 벽의 하면과 이어진 제1 내측면과 제1 내측면과 이어진 제2 내측면을 포함하는 벽; 그리고, 반사층;으로서, 제1 내측면에는 형성되지 않고 제2 내측면에만 형성된 반사층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 나타내는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 4(a)는 사시도이며, 도 4(b)는 AA'를 따라 자른 단면도이다.
반도체 발광소자(200)는 기판(210), 반도체 발광소자 칩(220), 기판 위에 형성되며 반도체 발광소자 칩(220)을 둘러싸고 있는 벽(230) 및 반사층(240)을 포함한다. 기판(210)은 제1 도전부(211), 제2 도전부(212) 및 제1 도전부(211)과 제2 도전부(212) 사이에 위치하는 절연부(213)를 포함한다. 제1 및 제2 도전부(211, 212)는 예를 들어 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등과 같은 금속성 물질로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 도전부(211, 212)가 도 3에 기재된 반도체 발광소자에서 리드 프레임 기능을 갖고 외부와 전기적으로 연결된다. 절연부(213)는 전기 절연물질로 이루어진다. 기판(210)을 제조하는 방법은 한국 공개특허공보 제2012-0140454호에 기재되어 있다. 반도체 발광소자 칩(220)은 제1 전극(221) 및 제2 전극(222)을 포함하며, 래터럴 칩, 플립 칩 또는 수직 칩이 가능하다. 다만 플립 칩을 사용하는 경우 제1 전극(221)과 제2 전극(222)이 와이어 본딩을 사용하지 않고 제1 도전부(211) 및 제2 도전부(212) 위에 위치하여 전기적으로 연결될 수 있어 바람직하다. 벽(230)은 예를 들어 에폭시 수지나 실리콘 수지와 같은 절연성 물질을 사용하여 사출 성형을 통해 얻을 수 있다. 벽(230)은 제1 내측면(231), 제2 내측면(232) 및 하면(233)을 포함한다. 제1 내측면(231)은 하면(233)과 이어져 있다. 제2 내측면(232)은 제1 내측면(231)과 이어져 있다. 반사층(240)은 빛을 반사하는 효율이 높은 금속성 물질로 이루어진 것이 바람직하며 예를 들어 금속성 물질이 코팅, 도금 및 증착 등과 같은 방법으로 반사층(240)이 형성될 수 있다. 반사층(240)을 형성하는 금속성 물질에는 예를 들어 은(Au), 알루미늄(Al) 등이 있지만 비용 및 효율을 고려했을 때 알루미늄(Al)이 바람직하다. 다만 금속성 물질로 이루어진 반사층(240)이 제1 내측면(231)에도 형성되는 경우 쇼트 문제가 발생할 수 있기 때문에 반사층(240)은 제1 내측면(231)에는 형성되지 않고, 제2 내측면(232)에만 형성된다. 또한 반사층을 벽의 내측면에 증착이나 코팅할 때 제1 내측면에 반사층이 형성되지 않도록 하기 위해서 제1 내측면(231)이 벽의 하면(233)과 이루는 경사각(235)는 둔각인 것이 바람직하다. 또한 제2 내측면(232)이 벽의 하면(233)과 평행한 가상의 면(237)과 이루는 경사각(236)은 예각인 것이 반사층(240)에 의해 반사되어 나가는 광의 추출 효율을 높일 수 있어 바람직하다. 또한 도 4(b)와 같이 벽(240)과 기판(210) 사이에 절연성 접착층(250)이 개재될 수 있다. 도 4(a)에서는 절연성 접착층(250)을 도시하지 않았다. 절연성 접착층(250)은 절연성 접착제를 사용하여 기판(210)과 벽(240)을 접착하면서 형성되며, 이때 절연성 접착제의 일부가 제1 내측면(231)에 형성되어 금속성 반사층(240)에 의한 쇼트 위험성이 더 낮아질 수 있다. 또한 제1 내측면(231)과 제2 내측면(232)이 만나는 지점의 높이(238)는 쇼트 방지를 위해서 5um 이상이 바람직하지만 광추출 효율을 위해 반사층(240)이 형성되지 않은 제1 내측면(231)이 적어야 되는 점에서 50um 미만이 바람직하다. 또한 도시 하지는 않았지만 벽(230)의 상면(239)에도 반사층(240)이 형성될 수 있다. 본 개시는 제1 내측면(231)에 금속성 반사층(240)이 형성되지 않는 것이며, 필요에 따라 제1 내측면(231) 이외에 반사층이 형성되는 것을 배제하는 것은 아니기 때문이다. 또한 반도체 발광소자 칩(220)을 덮는 봉지재(260)를 포함할 수 있다. 봉지재(260)는 예를 들어 에폭시 수지, 실리콘 수지 등으로 이루어질 수 있다. 필요에 따라 봉지재(260)는 파장 변환재를 포함할 수도 있다.
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(300)는 내측면(331)이 원형인 벽(330)을 포함한다. 평면도에서 벽의 내측면(331)의 형상은 사각형, 원형 등 다양한 형상이 가능하다. 도 5에서 설명하는 것을 제외하고 반도체 발광소자(300)는 도 4에 기재된 반도체 발광소자(200)와 실질적으로 동일하다.
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(400)는 벽(430)의 제1 내측면(431)이 벽(430)의 하면(433)과 이루는 경사각(434)이 예각이다. 제1 내측면(431)이 벽(430)의 하면(433)과 이루는 경사각(434)은 도 4와 같이 둔각이 바람직하지만 예각을 배제하는 것은 아니다. 도 6에서 설명하는 것을 제외하고 반도체 발광소자(400)는 도 4에 기재된 반도체 발광소자(200)와 실질적으로 동일하다.
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(500)는 벽(530)의 제1 내측면(531)에 절연층(532)이 형성된다. 벽(530)이 절연성 물질로 형성되지만, 벽의 내측면에 반사층(533)이 형성되는 과정에서 제1 내측면(531) 일부에 반사층(533)이 형성될 수 있기 때문에 절연층(532)을 반사층(533) 형성 이후에 제1 내측면(531)에 절연층(532)을 별도로 형성하여 쇼트 위험성을 낮출 수 있다. 도 7에서 설명하는 것을 제외하고 반도체 발광소자(500)는 도 4에 기재된 반도체 발광소자(200)와 실질적으로 동일하다.
본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자에 있어서, 제1 도전부, 제2 도전부 및 제1 도전부와 제2 도전부 사이에 위치하는 절연부를 포함하는 기판; 기판 위에 위치하여 기판과 전기적으로 연결된 반도체 발광소자 칩; 기판 위에 위치하여, 반도체 발광소자 칩을 둘러싸고 있는 벽;으로서, 벽의 하면과 이어진 제1 내측면과 제1 내측면과 이어진 제2 내측면을 포함하는 벽; 그리고, 반사층;으로서, 제1 내측면에는 형성되지 않고 제2 내측면에만 형성된 반사층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(2) 반사층은 금속성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(3) 제1 내측면이 벽의 하면과 이루는 경사각이 둔각인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(4) 제2 내측면이 벽의 하면과 평행한 가상의 면과 이루는 경사각이 예각인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(5) 제1 내측면에 절연층이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(6) 벽과 기판 사이에 절연성 접착층;을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(7) 반도체 발광소자 칩은 제1 전극 및 제2 전극을 포함하며, 제1 전극이 제1 도전부 위에 위치하고 제2 전극이 제2 도전부 위에 위치하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(8) 반도체 발광소자 칩을 덮는 봉지재;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(9) 제1 내측면과 제2 내측면이 만나는 지점의 높이는 5um 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(10) 벽과 기판 사이에 절연성 접착층; 그리고, 반도체 발광소자 칩을 덮는 봉지재;를 추가로 포함하며, 제1 내측면과 벽의 하면이 이루는 경사각은 둔각이며, 제2 내측면과 벽의 하면과 평행한 가상의 면과 이루는 경사각은 예각이며, 제2 내측면에 형성된 반사층은 금속성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
본 개시에 따르면 반도체 발광소자 칩을 둘러싸고 있는 벽의 내측면에 광 반사 효율이 높은 금속성 물질로 이루어진 반사층을 형성하여도 쇼트 위험이 적은 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.
반도체 발광소자 : 100, 200, 300, 400, 500
반도체 발광소자 칩 : 150, 220
벽 : 230, 330, 430, 530

Claims (10)

  1. 반도체 발광소자에 있어서,
    제1 도전부, 제2 도전부 및 제1 도전부와 제2 도전부 사이에 위치하는 절연부를 포함하는 기판;
    기판 위에 위치하여 기판과 전기적으로 연결된 반도체 발광소자 칩;
    기판 위에 위치하여, 반도체 발광소자 칩을 둘러싸고 있는 벽;으로서, 벽의 하면과 이어진 제1 내측면과 제1 내측면과 이어진 제2 내측면을 포함하는 벽; 그리고,
    반사층;으로서, 제1 내측면에는 형성되지 않고 제2 내측면에만 형성된 반사층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    반사층은 금속성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제1 내측면이 벽의 하면과 이루는 경사각이 둔각인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 청구항 3에 있어서,
    제2 내측면이 벽의 하면과 평행한 가상의 면과 이루는 경사각이 예각인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    제1 내측면에 절연층이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    벽과 기판 사이에 절연성 접착층;을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 청구항 1에 있어서,
    반도체 발광소자 칩은 제1 전극 및 제2 전극을 포함하며,
    제1 전극이 제1 도전부 위에 위치하고 제2 전극이 제2 도전부 위에 위치하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 청구항 1에 있어서,
    반도체 발광소자 칩을 덮는 봉지재;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 청구항 1에 있어서,
    제1 내측면과 제2 내측면이 만나는 지점의 높이는 5um 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  10. 청구항 1에 있어서,
    벽과 기판 사이에 절연성 접착층; 그리고,
    반도체 발광소자 칩을 덮는 봉지재;를 추가로 포함하며,
    제1 내측면과 벽의 하면이 이루는 경사각은 둔각이며, 제2 내측면과 벽의 하면과 평행한 가상의 면과 이루는 경사각은 예각이며, 제2 내측면에 형성된 반사층은 금속성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.

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