KR100707218B1 - 개선된 전류 확산 구조를 갖는 조절 가능한 발광 다이오드 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, LED의 파워 출력 및 광속을 개선한 개선된 전류 확산 구조를 갖는 LED는 LED의 활성층(14)의 내부로 강화된 전류를 주입시킨다. 이 개선된 전류 확산 구조는 종래의 LED와 비교해서 큰 LED에 이용될 수 있는 한편 강화된 전류의 주입을 유지한다. 특히, 본 발명은 절연 기판(12)을 갖지만 전도성 기판을 갖는 LED의 일련의 저항도 추가로 저감할 수 있는 LED에 이용가능하다. 개선된 구조는 콘택트(19, 21)로부터 전류를 전도성 핑거부(20a, 20b, 22)의 내부로 확산시키고, 역으로 도핑된 층(15, 16)을 통하여 균일하게 확산시키는 것을 보증하는 협력형 전도성 경로를 형성하는 전도성 핑거부(20a, 20b, 22)를 포함한다. 이어서, 발광시키기 위해 재결합시키는 전자 및 정공을 활성층(14)의 전체를 통하여 균일하게 주입하기 위해서 전류를 활성층(14)으로 확산시킨다.

Description

개선된 전류 확산 구조를 갖는 조절 가능한 발광 다이오드{SCALABLE LED WITH IMPROVED CURRENT SPREADING STRUCTURES}
이 출원은 타르사(Tarsa) 등에 의해 1999년 12월 1일자로 출원된 미국 가출원 번호 제60/168,338호를 우선권으로 주장한다.
본 발명은 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode)에 관한 것으로서, 특히 개선된 전류 확산 구조를 갖는 LED에 관한 것이다.
LED는 전류를 광으로 변환시키는 고체 소자(solid state device) 중 하나의 중요한 종류이다. 이들 LED는 통상적으로 역으로 도핑된 2 개의 층들(즉, 하나는 p 형이고, 다른 하나는 n 형임) 사이에 샌드위치형으로 삽입된 반도체 물질의 활성층을 포함한다. 이와 같이 도핑된 2 개의 층들 상의 전기 콘택트의 양단에 인가된 구동 전류에 의해, 상기 도핑된 2 개의 층들로부터 반도체 물질의 활성층으로 전자(electron) 및 정공(hole)을 주입할 수 있다. 이어서, 전자 및 정공을 재결합하여 반도체 물질의 활성층으로부터 광을 전(全)방향으로 방사하고 LED의 전체 표면으로부터 방출하는 광을 생성한다.
종래의 대부분의 LED의 단점 중 하나로는 전류를 광으로 변환하는 경우 종래의 LED가 필라멘트 발광체와 비교해서 효율이 낮다고 하는 점이다. 그 결과, LED 의 다이의 크기가 0.25 mm2 미만이고, 광 전력이 10 밀리와트(mW) 미만인 종래의 LED를 이용하면, 전자 장치의 지시 램프와 같은 응용에 있어서 대부분 자주 제한을 받는다.
그러나, 최근, 질화물 기저형 반도체 물질의 진보에 의하여 백색광을 포함한 여러 가지 색상의 광을 발생시키는 데에 이용될 수 있는 청색-녹색의 스펙트럼 영역에서 발광하는 밝고 고효율적인 LED의 개발을 유도하고 있다[니치아사(Nichia Corp.)의 백색 LED 참조, 부품 번호 NSPW300BS 및 부품 번호 NSPW312BS 등; "Multiple Encapsulation of Phosphor-LED Devices"라고 하는 발명의 명칭으로 헤이덴(Hayden)에게 허여된 미국 특허 번호 제5,959,316호 참조]. 이들 LED의 이점은 고출력 전력 및 고광속을 요구하는 점등 및 시그널링 응용에 이용하기 위한 고체 방사체(solid state emitter)를 유도하고 있다. 이러한 응용 중 하나의 응용이 교통 신호등이다. 최근, LED 교통 신호등은 고출력 전력을 얻기 위해서 조합된 단일 LED 장치들의 어레이로 구성된다. 그러나, LED 어레이를 대체할 수 있는 단일의 고전력 LED 장치를 이용하면, LED 어레이를 이용하는 경우와 비교해서 복잡하지 않게 구성할 수 있고, 가격이 저렴하며, 신뢰성이 높다.
LED의 출력 전력 및 광속을 증가시키는 하나의 방법으로는 LED의 크기 및 방사면 영역을 증가시키는 것이다. 그러나, 종래의 질화물 기저형 LED의 크기는 전기 콘택트로부터 활성층으로 효과적으로 확산시키는 전류의 무능력에 의해 제한된다. p 형 질화물 기저형 반도체 물질은 비교적 빈약한 전도성을 갖고, p 형 콘택 트로 인가되는 전류는 p 형층의 내부의 한정된 영역으로만 확산시킨다. 전류는 활성층의 전체로 이동하지 않고, LED는 p 형 콘택트 주위의 국부적인 가열 및 조기 열화를 경험할 수 있다.
n 형 질화물 기저형 반도체 물질은 종래의 반도체 물질과 비교해서 양호한 전도체이지만, 여전히 전류의 확산에 대해서 일부의 저항이 존재한다. LED 장치의 크기를 증가시키는 경우, n 형 콘택트로부터 전류를 균일하게 확산시키는 n 형 질화물 기저형 반도체 물질의 능력을 저감시킨다. 그 결과, 질화물 기저형 LED의 크기는 p 형층의 전류 확산 특성 및 n 형층의 전류 확산 특성의 양쪽 모두에 의해 제한된다.
전류 확산을 증가시키기 위한 구조를 갖는 여러 가지의 LED가 개발되고 있다[지.비. 스트링펠로우(G.B. Stringfellow) 및 엠.지. 크라우포드(M.G. Crawford)가 1997년, Semiconductors and Semimetals, Vol. 48, pp. 170-178에 발표한 "High Brightness Light Emitting Diodes" 참조]. n 형층 상에 성장된 LED 활성 영역 및 p 형층을 갖는 LED 장치는 통상적으로 전도성 기판 상에 성장된 n 형 에피택셜층(epitaxial layer)을 구비한다. p 형층의 표면의 중앙에는 전도성 콘택트를 증착하고, 상기 n 형 에피택셜층에 대향하는 전도성 기판 상에는 전도성 콘택트 패드를 증착한다. p 형 콘택트로부터의 전류를 p 형층의 중앙으로부터 모서리 쪽으로 확산시키고, 이어서 활성층으로 확산시킨다. 기판은 n 형 에피택셜층과 비교해서 비교적 두껍기 때문에, 활성 영역의 내부로 확산되는 전류의 전체가 p 형 콘택트에 의해 제공되는 확산에 의해 제한된다. 이러한 기본적인 구조에서의 확산 은 소형 LED(대략 0.25 mm2)의 용도로는 효과적이지만, 대형 LED에 대해서는 조절이 불가능하다. LED 크기의 크기 조정을 용이하게 하기 위해서, LED에 대한 변형이 이루어져야만 한다.
이러한 LED에 대한 변형 중 하나의 변형으로는 p 형층의 확산 저항을 감소시키기 위해서 p 형층의 두께를 증가시켜 전류를 LED의 모서리에까지 확산시키는 것이다. 이 해결 방법은 LED의 영역을 증가시키는 데에 효과적이지만, LED의 크기 조정은 실질적으로 제한을 받는 데, 왜냐하면 p 형층의 두께를 무한히 증가시킬 수 없기 때문이다. 또한, GaN 기저형 LED 시스템에 있어서, p 형 물질은 이 해결 방법을 비현실적으로 만드는 매우 낮은 전도성을 가지고 있다.
다른 해결 방법에 있어서, 전도성 콘택트로부터 p 형층의 표면의 모서리 쪽으로 이어지는 얇은 방사상의 전도성 핑거부(finger)를 갖는 p 형층의 표면의 중앙에 전도성 콘택트를 증착한다. 전도성 콘택트로 인가되는 전류는 전도성 핑거부 및 하부의 p 형의 표면으로 확산된다. 이 해결 방법에 있어서도 여전히 LED는 대형 크기에 대하여 자유롭게 크기 조정을 행할 수 없다. LED의 크기를 증가시키는 경우, 얇은 방사상의 전도성 핑거부의 단부들 사이의 거리가 증가하고, 이와 같이 증가된 상기 단부들 사이의 거리에서 전류가 p 형층을 관통하여 확산되는 것을 방지하는 소정의 지점에 도달한다. 또한, 이러한 구조를 절연 기판 상에 제조된 LED에 대해서는 이용할 수 없다.
나카무라(Nakamura) 등에게 허여된 미국 특허 번호 제5,652,434호에는 절연 기판 상에 성장된 질화물 기저형 LED의 전류 확산을 개선한 구조가 개시되어 있다. 절연 기판에 서로 인접한 n 형층 및 에피택셜층 표면 상의 p 형층을 갖는 이러한 구조는 절연 기판 상의 LED 구조를 포함한다. 절연 기판은 절연되기 때문에, 절연 기판을 통하여 전류를 n 형층으로 확산시키는 데에 콘택트 패드를 이용할 수 없다. 그 대신에, p 형층, 즉 활성층을 통하여 부분적으로 n형층의 내부로 LED 구조의 모서리를 에칭한다. 에칭된 영역 상에 콘택트를 증착하기 때문에, 콘택트로 인가되는 전류는 비교적 전도성인 n 형 물질을 통하여 확산된다. p 형층의 양단에 전류를 확산시키기 위해서, 반투명 전류 확산층을 p 형층 상에 증착한다. n 형 콘택트에 대향하는 LED의 모서리의 확산층 상에는 p 형 콘택트를 증착한다. p 형 콘택트로 인가되는 전류는 확산층을 통하여 이 확산층의 하부의 p 형층으로 확산된다.
이 구조는 표준 크기의 LED 장치에 있어서 전류 확산에 대한 개선을 제공하지만, 대형 크기의 LED의 전류를 효율적으로 확산시킬 수 없다. 왜냐하면, p 형층이 LED의 표면에 배치되기 때문에, 확산층은 이 확산층이 발광을 흡수하지 않도록 가능한 한 얇어야만 한다. 그러나, 확산층을 얇게 하면 할수록 확산층의 면저항(sheet resistance)은 더욱 증가한다. LED의 크기를 증가시키는 경우, 확산층의 면저항은 전류가 p 형층의 양단에 전체적으로 확산되는 것을 방지한다. 반투명한 금속 물질을 이용 및/또는 확산층의 두께를 증가시킴으로써 확산층의 면저항을 저감시킬 수 있다. 그러나, 이들 변형은 투명성을 저감시키고 광 흡수성을 증가시켜, LED의 광 출력을 저감시킨다.
또한, n 형층의 증가된 확산 저항에 의해, 과도한 열을 발생시키고, 전류의 전체의 확산 및 균일한 광 출력을 방해한다. LED 장치의 크기를 증가시키는 경우, 확산 저항을 저감하기 위해서 n 형층의 두께를 증가시킬 수 있다. 그러나, 이것은 필요한 물질 및 처리 시간을 상당히 증가시키는 데, 이 필요한 물질 및 처리 시간의 양쪽 모두는 비용 증가를 방지할 수 있다.
본 발명은 새로운 전류 확산 구조를 갖는 개선된 LED를 제공한다. 증가된 전력 출력 및 광속을 허용하는 개선된 LED는 표준 크기형이거나 표준 크기형과 비교해서 큰 크기로 크기 조정을 행할 수 있다. 개선된 LED의 새로운 전류 확산 구조는 소형 LED 및 대형 LED의 양쪽 모두에 대해서 p 형층 및 n 형층에 있어서 개선된 전류 확산 방법을 제공한다. 그 결과, LED의 활성층으로의 정공 및 전자의 주입 방법을 개선함으로써, 개선된 LED의 발광 효율을 증가시키고, 개선된 LED의 일련의 저항 및 열을 저감한다.
새로운 LED는 통상적으로 에피택셜 성장형 p 형층과, 에피택셜 성장형 n 형층과, 이 에피택셜 성장형 p 형층과 에피택셜 성장형 n 형층의 사이의 에피택셜 성장형 활성층을 갖는 LED 코어를 구비한다. 개선된 LED는 LED 코어에 서로 인접한 제1 전류 확산층을 구비한다. 적어도 하나의 홈은 상기 확산층을 향하여 LED 코어를 통하여 형성되고, 이 홈의 내부의 상기 제1 전류 확산층 상에 적어도 하나의 제1 전도성 핑거부를 갖는 제1 콘택트를 구비한다. 전류는 제1 콘택트로부터 제1 콘택트의 전도성 핑거부의 내부, 제1 확산층의 내부 및 LED 코어의 내부로 흐른다. 전류가 제2 콘택트로부터 제2 콘택트의 제2 전도성 핑거부의 내부 및 LED 코어의 내부로 흐르도록 제1 전도성층에 대향하는 LED 코어 상에 적어도 하나의 제2 전도성 핑거부를 갖는 제2 콘택트를 구비한다.
또한, 새로운 LED는 제1 확산층에 대향하는 LED 코어 상에 제2 확산층을 구비할 수 있다. 제2 콘택트 및 전도성 핑거부와 LED 코어의 사이에 제2 확산층을 배치한다. 이 제2 확산층은 제2 확산층에 서로 인접한 LED 코어층과 비교해서 전도성이 더욱 좋기 때문에, 전류가 제2 콘택트 및 제2 전도성 핑거부로부터 제2 확산층의 내부 및 LED 코어의 전체를 통하여 더욱 자유롭게 흐를 수 있다.
새로운 LED의 일 실시예에 있어서, 제1 확산층이 기판과 LED 코어의 사이에 샌드위치형으로 삽입되도록 제1 확산층은 n 형 에피택셜층이고, 기판 상에 성장된다. 제1 확산층에 대향하는 LED 코어의 표면 상에 제2 확산층 상에 형성된 제2 콘택트 및 이 제2 콘택트의 전도성 핑거부를 갖는 투명 또는 반투명 제2 확산층을 증착한다.
LED의 활성층의 내부로 개선된 전류 확산과 전자 및 정공의 주입을 제공하기 위해서 LED의 콘택트 및 이들 콘택트의 각각의 전도성 핑거부를 배치한다. 콘택트에 걸쳐 바이어스가 인가되어, 콘택트 각각의 전도성 핑거부들을 통하여 서로로부터 전류를 확산시킨다. 서로 인접한 제1 전도성 핑거부와 제2 전도성 핑거부의 사이의 거리는 거의 균일하게 유지되고, 전류를 LED 코어의 양단에서 효과적으로 확산할 정도로 충분히 짧다. 이것에 의해, LED 코어의 활성층의 내부로 균일한 전류의 주입을 제공한다. 새로운 전류 확산 구조를 이용하면, 새로운 LED는 종래의 LED와 비교해서 큰 크기로 조절 가능한 한편 서로 인접한 전도성 핑거부들의 사이에서 동일한 전류 확산 관계를 유지한다.
발광을 위해서 표면의 대부분을 제거하는 LED 코어 상의 콘택트 및 전도성 핑거부는 LED 코어의 표면의 전체를 커버하지 못한다. 그 결과, 효과적인 전류 확산 경로를 제공하기 위해서 전도성 핑거부에 두껍고 저저항의 금속을 이용할 수 있다. 또한, 이들 전도성 핑거부는 제2 확산층에서 전류를 확산해야만 하는 거리를 저감한다. 따라서, 전류 확산층의 발광의 흡수를 저감하는 전류 확산층의 두께를 저감할 수 있다. 또한, LED의 크기를 증가시키는 경우, LED 코어에 대해서 전류를 확산하기 위해서 제2 확산층 상에 하나 이상의 전도성 핑거부를 제공함으로써 제2 확산층의 두께를 증가시킬 필요가 없다. 상기한 바와 같이 행함으로써, 두꺼운 에피택셜층과 관련된 긴 처리 시간 및 비용의 증가를 피할 수 있다.
새로운 LED 구조의 이점으로는 기판의 타입과 상관없이 새로운 LED 구조가 거의 균일한 전류의 주입을 제공하기 때문에 전도성 및 절연 기판 상에 LED를 실현할 수 있는 것이다. 또한, 이 새로운 LED 구조에 있어서, 제1 확산층에 연속되는 층인 p 형층 및 n 형층을 에피택셜층 상에 갖는 에피택셜층 구성을 역의 구성으로 할 수도 있다. 전류 확산 구성을 동일하게 유지한다. 본 발명은 장치의 크기를 증가시키는 경우 전도성 핑거부의 수를 증가시킴으로써 전체적으로 조절 가능한 장치를 제공한다.
당업자라면, 첨부된 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 본 발명의 이들 특징 및 이점과 다른 추가적인 특징 및 이점을 명백히 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 새로운 전류 확산 구조를 갖는 새로운 표준 크기의 LED를 도시하는 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 새로운 표준 크기의 LED를 도시하는 평면도.
도 3은 도 2에 도시된 절단선 3-3을 따라 절취된 횡단면도.
도 4는 제2 확산층 상의 중앙 핑거부 및 LED의 주변부 주위의 제1 확산층 상의 핑거부를 구비한 새로운 전류 확산 구조를 갖는 새로운 표준 크기의 LED의 평면도.
도 5는 도 4에 도시된 LED의 횡단면도.
도 6은 도 1에 도시된 새로운 전류 확산 구조를 이용하는 새로운 크기 조정된 직사각형 형상의 LED를 도시하는 평면도.
도 7은 새로운 서로 맞물린 다중 핑거형 LED 전류 확산 구조를 이용하는 새로운 LED를 도시하는 평면도.
도 8은 새로운 지그재그로 배치된 다중 핑거형 LED 전류 확산 구조를 갖는 새로운 LED를 도시하는 평면도.
도 9는 제2 확산층 상의 중앙 콘택트로부터 전도성 경로를 형성하고, 제1 확산층 상의 핑거부와 협력형 분기부 및 핑거부를 갖는 새로운 LED를 도시하는 평면도.
도 10은 도 9에 도시된 새로운 LED의 횡단면도.
도 11은 제2 확산층 상의 중앙 콘택트로부터 방사되는 핑거부를 갖는 새로운 LED를 도시하는 평면도.
도 12는 플립칩 형태의 새로운 확산 구조를 갖는 새로운 LED의 횡단면도.
발명의 상세한 설명
도 1 내지 도 12는 본 발명에 따라서 제조된 개선된 전류 확산 구조를 각각 갖는 새로운 LED의 여러 가지 실시예를 도시한다. 새로운 전류 확산 구조를 소정의 반도체 물질계로 형성된 LED에 이용할 수 있지만, 특히 실리콘 카바이드(SiC) 또는 사파이어와 같은 기판 상에 제조된 Ⅲ족 질화물 기저형 LED에 이용가능하다. SiC는 GaN와 같은 Ⅲ족 질화물에 대해서 매우 밀접한 결정 격자의 정합을 가지기 때문에, 고품질의 Ⅲ족 질화물막을 제조할 수 있다. 또한, (사파이어 상에 형성된 일부의 장치를 갖는 경우와 동일하게) 실리콘 카바이드가 매우 높은 열전도성을 가지기 때문에, 실리콘 카바이드 상의 Ⅲ족 질화물 장치의 총 출력 파워는 상기 기판의 열 손실에 의해 제한되지 않는다. 이러한 SiC 기판은 미국 노스캐롤라이나주 더햄에 소재하는 크리 리서치사(Cree Research, Inc.)로부터 입수 가능하고, 그 SiC 기판의 제조 방법은 과학 기술 문헌(scientific literature)뿐만 아니라 재발행 미국 특허 제34,861호, 미국 특허 제4,946,547호 및 미국 특허 제5,200,022호에 개시되어 있다.
도 1, 도 2 및 도 3은 기판(12)과 LED 코어(13)의 사이에 샌드위치형으로 삽입된 전도층(11)(제1 확산층이라고 칭함)을 갖는 새로운 정방형 LED(10)를 도시한다. LED 코어(13)는 에피택셜 성장형 전도층(15)과 에피택셜 성장형 전도층(16)의 사이에 샌드위치형으로 삽입된 에피택셜 성장형 활성층(14)을 포함한다. 에피택셜 성장형 전도층(15)은 제1 확산층(11)과 동일한 타입(즉, n 형 또는 p 형)인 반면, 에피택셜 성장형 전도층(16)은 제1 확산층(11)과 다른 타입(즉, n 형 또는 p 형)이다. 바람직한 제1 실시예에 있어서, 에피택셜 성장형 전도층(15)은 n 형이고, 에피택셜 성장형 전도층(16)은 p 형이며, 제1 확산층(11)은 n 형이다.
제1 확산층(11)은 전류를 에피택셜 성장형 활성층(이하, LED 활성 영역이라고도 칭함)(14)으로 확산시키기에 용이한 두께 및 도핑 레벨을 가진다. 도핑 레벨은 le15 cm-3∼le21 cm-3인 것이 바람직하고, 두께는 0.2 ㎛∼100 ㎛인 것이 바람직하다. MOCVD 반응기 내의 성장법과 같은 종래의 방법 또는 VPE 및 MOCVD와 같은 성장 기술의 조합에 의해서 제1 확산층(11), 에피택셜 성장형 활성층(14), 에피택셜 성장형 전도층(15) 및 에피택셜 성장형 전도층(16)을 기판(12) 상에 제조할 수 있다.
에피택셜 성장형 전도층(16)의 양단 및 에피택셜 성장형 활성층(14)의 내부로 전류를 용이하게 확산하기 위해서 에피택셜 성장형 전도층(16) 상에 전류 확산층(18)(제2 확산층이라고 칭함)을 증착한다. 제1 확산층(11)과 동일한 두께 범위 및 도핑 범위를 갖는 이 제2 확산층(18)은 에피택셜 성장형 전도층(16)과 동일한 도핑 타입의 MOCVD 방법으로 성장된 반도체일 수 있다. 또한, 제2 확산층(18)을 투명 또는 반투명 전도성 물질로 구성할 수 있다. 이러한 투명 또는 반투명 물질로는 총 두께가 1 nm∼50 nm인 박막 금속들 또는 박막 금속의 조합이거나 상기한 두께와 비교해서 두꺼울 수 있는 ITO와 같은 투명 전도체인 것이 바람직하다.
제2 확산층(18) 상에 2 개의 제2 전도성 핑거부(20a, 20b)를 갖는 제2 콘택트(이하, 전류 확산 콘택트라고도 칭함)(19)를 증착한다. 제2 콘택트(19)에 대향하는 전도층의 모서리의 단락을 중지시키는 U자형 경로를 형성하는 제2 콘택트(19) 및 제2 전도성 핑거부(20a, 20b)를 전도층의 모서리 중 3 개의 모서리에 인접하게 연장한다. 제2 전도성 핑거부(20a, 20b)의 외부 경계를 에피택셜 성장형 전도층(16)의 모서리에까지 연장시키거나 또는 제2 확산층(18)의 미소 영역이 제2 전도성 핑거부(20a)와 제2 전도성 핑거부(20b)의 사이에서 나타나도록 에피택셜 성장형 전도층(16)의 모서리로부터 제2 전도성 핑거부(20a, 20b)의 외부 경계의 일부를 되돌릴 수 있다.
또한, LED 장치(10)에 걸쳐 균일한 전류 확산을 강화시키기 위해서, 제1 확산층(11)의 표면 상에 제1 콘택트(21) 및 제1 전도성 핑거부(22)를 증착한다. 이 제1 확산층(11)의 표면 상에 영역을 제공하기 위해서, LED 코어(13)의 일부를 제1 확산층(11)에까지 아래로 에칭한 결과 홈/채널(이하, 홈이라고만 칭함)(23)은 LED 코어(13)를 관통한다. 홈(23)의 내부의 제1 확산층(11) 상에는 제1 콘택트(21) 및 제1 전도성 핑거부(22)를 증착한다.
화학 에칭 또는 이온 밀링(mill) 에칭과 같은 종래의 에칭 방법을 이용하여 LED 코어(13)를 에칭할 수 있다. 증착 방법, 스퍼터링 방법 또는 전기 도금 방법과 같은 많은 종래의 방법을 이용하여 제2 확산층(18), 제2 콘택트(19), 제1 콘택트(21) 및 이들의 핑거부를 증착할 수 있다.
동작시에, 제2 콘택트(19) 및 제1 콘택트(21)로 바이어스를 인가한다. 제1 콘택트(21)로부터 전류를 이 제1 콘택트(21)의 제1 전도성 핑거부(22)의 아래로 및 전도성 제1 확산층(11)으로 확산한다. 제1 확산층(11)의 전체를 통하여 전류를 확산하고, 에피택셜 성장형 전도층(15)을 통하여 LED 활성 영역(14)의 내부로 캐리어를 거의 균일하게 주입한다. 제2 콘택트(19)로부터 전류를 제2 전도성 핑거부(20a, 20b)의 내부로 확산하고, 이어서 제2 확산층(18)의 전체를 통하여 전류를 확산한다. 에피택셜 성장형 전도층(16)을 통하여 LED 활성 영역(14)의 내부로 캐리어를 거의 균일하게 주입한다. 전자 및 정공이 에피택셜 성장형 활성층(14)의 내부에서 재결합하여 거의 균일하고 고효율적인 광 방사를 제공한다.
새로운 정방형 LED(10) 및 이 새로운 정방형 LED(10)의 전류 확산 구조는 많은 상이한 형상 및 크기를 취할 수 있다. 도 1 내지 도 3은 표준 크기(대략, 0.25 mm2)이거나, 표준 크기와 비교해서 작거나 클 수 있는 정방형 LED(10)를 도시한다. 새로운 정방형 LED(10)의 크기를 증가시키는 경우, 전도성 핑거부들의 사이의 거리도 증가한다. 새로운 정방형 LED(10)의 크기는 전도성 핑거부로부터 확산되고, 에피택셜 성장형 활성층의 내부로 균일한 주입을 제공하는 전류의 능력에 의해 제한된다.
전류 확산 핑거부는 조각별 직사각형 형상을 갖는 것이 바람직하다. 2∼10 미크론의 바람직한 폭을 갖는 폭에 있어서, 제2 전도성 핑거부(20a, 20b)는 0.1 미크론 내지 30 미크론의 범위 이내에 있다. 넓은 전도성 핑거부는 전류를 효과적으로 확산시킬 수 있지만, p 형 에피택셜 성장형 전도층(16)으로부터 방사되는 광을 더욱 많이 차단하거나 흡수한다. 제1 전도성 핑거부(22)는 0.1∼30 미크론의 폭 범위일 수 있다. 넓은 핑거부는 발광시킬 수 있는 에피택셜 성장형 활성층(14)의 양을 감소시키고, p 형 에피택셜 성장형 전도층(16)에까지 아래로 에칭될 많은 LED 구조를 요구한다. 제1 전도성 핑거부(22)와 제2 전도성 핑거부(20a, 20b)의 사이의 거리는 5∼500 미크론일 수 있다. 제1 전도성 핑거부(22)와 제2 전도성 핑거부(20a, 20b)의 사이의 거리를 짧게 하면 할수록 전류 확산층의 내부의 전류 확산을 더욱 좋아지게 하지만, 광 흡수 핑거부가 커버하고 있는 영역을 더욱 많게 한다. 제1 및 제2 전도성 핑거부(20a, 20b, 22)의 두께는 0.05∼3 미크론의 범위 이내일 수 있다. 제1 및 제2 전도성 핑거부(20a, 20b, 22)의 두께를 더욱 두껍게 하면 할수록 제1 및 제2 전도성 핑거부(20a, 20b, 22)의 일련의 저항을 저감하지만, 제1 및 제2 전도성 핑거부(20a, 20b, 22)의 제조 길이 및 비용을 증가시킨다.
이 새로운 정방형 LED(10)의 구조는 종래기술와 비교해서 많은 이점을 제공한다. 낮은 일련의 저항을 갖는 제2 콘택트(19), 제1 콘택트(21), 제1 및 제2 콘택트의 각각의 전도성 핑거부(20a, 20b, 22)는 전도성 물질로 구성된다. 제1 콘택트(19) 및 제2 콘택트(21)로부터 제1 및 제2 전도성 핑거부(20a, 20b, 22)로 흐르는 전류는 작은 확산 저항을 경험하고, 전류를 분배하기 위한 효과적인 경로를 제공한다. 또한, 전류는 전류 확산 콘택트(19) 및 이 전류 확산 콘택트(19)의 제2 전도성 핑거부(20a, 20b)로부터 더욱 짧은 거리를 확산되고, 제2 확산층(18)의 내부로 전체적으로 확산된다. 그 결과, 제2 확산층(18)에 대해서 반투명 물질을 이용하는 경우, 광 흡수를 저감하고 광 출력을 증가시킬 수 있는 전류 확산층(18)의 두께를 저감할 수 있다. p 형 에피택셜 성장형 활성층(16)으로 확산되고, 에피택셜 성장형 활성층(14)의 내부로 균일하게 주입되는 총 전류를 유지한다. 각각의 도핑층 내부 및 에피택셜 성장형 활성층(14)으로 확산되는 균일한 전류를 보증하기 위해서 에피택셜 성장형 전류 확산 핑거부들의 사이의 거리를 거의 균일하게 유지해야만 한다.
상기한 바와 같이, 제2 전도성 핑거부(20a, 20b)는 정방형 LED(10)의 발광 중 일부의 발광을 흡수한다. 또한, 홈(23)을 제공하기 위해서 LED 코어(13)를 에칭하면, 발광에 기여할 수 있는 LED 코어(13)의 크기를 저감한다. 그러나, 전류를 에픽택시얼 성장형 활성층(14)의 내부로 균일하게 주입하면 상기한 단점을 해결할 수 있기 때문에, LED는 전체적으로 증가된 효율을 갖는다. 실제적인 면에 있어서, 홈(23)은 광 출력의 전체를 강화시킬 수 있다. 왜냐하면, 이것은 정방형 LED(10)의 에피택셜 성장형 활성층(14)으로부터 광을 전(全)방향으로 방사하기 때문이다. 평면을 갖는 LED에 있어서, 광의 일부를 LED의 표면으로부터 반사시켜 되돌려 보내고 내부 전반사를 경험한다. 결과적으로, 광을 흡수하거나 LED의 측면 외부로 방출한다. 하나 이상의 홈을 제공하기 위해서 LED 구조를 에칭함으로써, LED의 내부에서 반사되는 광은 광을 방출시킬 기회를 증가시키는 홈에 도달할 수 있다. 이것은 흡수됨이 없이 광을 발현시키고 조명하는 데 기여할 확률을 강화시킨다.
도 4 및 도 5는 도 1 내지 도 3에 도시된 정방형 LED(10)와 유사한 새로운 표준 크기의 LED(40)의 제2 실시예를 도시한다. 이 제2 실시예에 도시된 새로운 표준 크기의 LED(40)는 제1 실시예와 동일한 기판(12) 및 제1 확산층(11)을 구비한 다. 또한, 이 제2 실시예에 도시된 새로운 표준 크기의 LED(40)는 제1 실시예와 유사한 LED 코어(41) 및 이 LED 코어(41)의 전도층(43) 상에 증착된 제2 확산층(42)을 구비한다.
그러나, 제2 실시예에 있어서, 제1 확산층(11)의 모서리로부터 전류를 제1 콘택트(이하, 에피택셜 성장층 콘택트라고도 칭함)(44) 및 제1 전도성 핑거부(45a, 45b)가 확산시키고, 제2 확산층(42)의 중앙으로부터 전류를 제2 콘택트(46) 및 제2 전도성 핑거부(47)가 확산시킨다. LED(40)의 측면 중 3 개의 측면 상의 LED(40)의 주변부의 주위의 LED 코어(41)를 제1 확산층(11)에까지 에칭한다. 제1 확산층(11) 상의 중간 측면의 중앙점에 제1 콘택트(44)를 증착한다. 제1 전도성 핑거부(45a, 45b)는 제1 확산층(11) 상에 증착되고, 에칭된 측면 주위의 제1 콘택트(44)와 역방향으로 이어진다. 제1 콘택트(44)로부터 이 제1 콘택트(44)의 제1 전도성 핑거부(45a, 45b)를 통하여 전류를 제1 확산층(11)의 주변부로 확산시킨다. 제1 콘택트(44)에 대향하는 제2 확산층(42)의 모서리 상의 제2 확산층(42) 상에는 제2 콘택트(46)를 증착한다. 또한, 제2 콘택트(46)는 제2 확산층(42) 상에 증착된 하나의 제2 전도성 핑거부(47)를 갖고, LED(40)의 중앙선의 대부분의 하부에 있는 제2 콘택트(46)로부터 에피택셜 성장층의 제1 콘택트(44)의 방향으로 이어진다.
제2 실시예의 새로운 표준 규격의 LED(40)는 제1 실시예의 정방형 LED(10)와 동일한 전류 확산 이점을 가진다. 상기 콘택트들(44, 46)로부터, 낮은 일련의 저항을 갖는 콘택트들 각각의 전도성 핑거부들을 통하여 전류를 확산시킨다. 제1 콘택트(44) 및 이 제1 콘택트(44)의 제1 전도성 핑거부(45a, 45b)로부터 제1 확산층(11)의 전체를 통하여 LED 코어(41)로 전류를 확산한다. 제2 콘택트(46) 및 이 제2 콘택트(46)의 제2 전도성 핑거부(47)로부터 제2 확산층(42)의 내부 및 LED 코어(41)의 내부로 전류를 확산시킨다. 제1 실시예의 정방형 LED(10)와 동일하게, LED 코어(41)의 전체를 커버하기 위해서 제2 전도성 핑거부(47)로부터 제2 확산층(42)을 통하여 전류를 확산시켜야만 하는 거리를 저감한다. 그 결과, 광 흡수를 저감하는 제2 확산층(42)의 두께를 저감시킬 수 있다. 제1 전도성 핑거부(45a, 45b)와 제2 전도성 핑거부(47)의 사이의 거리(제1 및 제2 전도성 핑거부는 서로 중첩됨)는 거의 균일하기 때문에, 더욱 균일한 전류를 LED 코어(41)의 활성층(50)의 내부로 주입한다.
새로운 전류 확산 구조의 중요한 이점으로는 대형 LED 상에 새로운 전류 확산 구조를 이용할 수 있는 한편 개선된 전류 확산을 유지하는 것이다. 도 6은 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 정방형 LED(10)와 유사한 전류 확산 구조를 갖는 새로운 직사각형 LED(60)의 제3 실시예를 도시한다. 이 직사각형 LED(60)는 기판, 제1 확산층, LED 코어(도 6에는 이들 3 개를 도시하지 않음) 및 제1 실시예의 정방형 LED(10)와 전체적으로 유사한 제2 확산층(61)을 구비한다. 제1 콘택트(62) 및 제1 전도성 핑거부(63)를 증착하기 위해서 제1 확산층에까지 LED 코어의 일부를 에칭한다. 또한, LED의 주변부 주위를 이어지는 전도성 핑거부를 갖는 제2 확산층(61) 상에 제2 콘택트(64) 및 이 제2 콘택트(64)의 제2 전도성 핑거부(65a, 65b)를 증착한다.
직사각형 LED(60)는 정방형 LED(10)와 비교해서 크고, 정방형 LED(10)와 비교해서 2 개의 길이가 증가된 변(66, 67)을 갖는 직사각형 형상을 가진다. 증가된 변(66, 67)과 동일한 양만큼 제1 전도성 핑거부(63) 및 제2 전도성 핑거부(65a, 65b)의 길이를 증가시킴으로써 개선된 전류 확산을 유지시킨다. 제1 전도성 핑거부(63)와 제2 전도성 핑거부(65a, 65b)의 사이의 거리(제1 및 제2 전도성 핑거부는 서로 중첩됨)를 균일하게 유지한다. 또한, LED 코어의 전체를 커버하기 위해서 제2 전도성 핑거부(65a, 65b)로부터 제2 확산층(61)을 통하여 전류를 확산시켜야만 하는 거리를 일정하게 유지한다. 또한, 상기한 바와 동일하게, 제1 전도성 핑거부(63)로부터 제1 확산층을 통하여 전류를 확산시켜야만 하는 거리를 일정하게 유지한다. 또한, 증가된 변(66, 67)의 길이를 추가로 증가시키는 경우, 전도성 핑거부들의 사이의 전류 관계를 유지하기 위해서 전도성 핑거부들의 길이를 증가시켜야만 한다.
도 4 및 도 5에 도시된 설계를 기초하여 도 6에 도시된 직사각형 LED(60)와 유사한 직사각형 LED를 생성할 수 있다. 이들 LED 장치에 있어서, 직사각형 LED에서 균일한 전류 확산을 제공하기 위해서 상기한 바와 동일한 방법으로 전류 확산 구조의 전도성 핑거부의 길이를 증가시켜야만 한다.
직사각형 LED(60)의 추가의 이점으로는 열 분산시에 동일한 표면 영역을 갖는 정방형 LED(10)와 비교해서 더욱 효율적이라는 것이다. 직사각형 LED(60)의 내부에서 발생된 열은 더욱 짧은 거리를 전도되어 열을 분산시킬 수 있는 직사각형 LED(60)의 모서리 중 하나의 모서리에 도달한다.
종래기술을 해결한 본 발명의 다른 중요한 이점은 제1 확산층의 두께에 관한 것이다. 이 제1 확산층은 통상적으로 n 형 에피택셜층이고, 콘택트로부터 제1 확산층을 통하여 전류를 확산시키는 종래의 LED에서, 제1 확산층의 일련의 저항을 저감하기 위해서 LED 크기의 증가는 제1 확산층의 두께의 증가를 요구한다. 제1 콘택트로부터 하나 이상의 제1 전도성 핑거부를 통하여 확산되는 전류를 가짐으로써, 증가된 일련의 저항을 피한다. 잠재적인 처리 시간 및 비용 증가를 피할 수 있는 제1 확산층의 두께를 동일하게 유지할 수 있다.
LED의 크기를 조정하는 한편 전도성 핑거부들의 사이의 전류 확산 관계를 유지하는 다른 방법으로는 LED의 영역을 증가시키는 바와 같이 전도성 핑거부의 수를 증가시키는 것이다. 도 7은 도 1 내지 도 5에 도시된 정방형 LED(10, 40)와 비교해서 큰 표면 영역을 갖는 LED(70)의 제4 실시예를 도시한다. LED(70)는 정방형 LED(10)와 유사한 기판, 제1 확산층, LED 코어(도 7에는 이들 모두가 도시 생략됨) 및 제2 확산층(71)을 구비한다. LED(70)의 표면 영역을 증가시키면, 제1 및 제2 전도성 핑거부의 수를 증가시켜, 서로 인접합 전도성 핑거부들 사이의 균일한 거리를 유지한다.
제1 콘택트(72) 및 제2 콘택트(73)는 많은 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 제2 콘택트(73)는 환형이고, LED(70)의 모서리 중 하나의 모서리에 서로 인접한 제2 확산층(71) 상에 증착된 것이 바람직하다. 전도성 분기부(74)의 2 개의 부분은 제2 콘택트(73)로부터 제2 확산층(71) 상에서 역방향으로 그리고 서로 인접한 LED(70)의 모서리와 평행하게 이어진다. 복수의 제2 전도성 핑거부(75)는 제2 확산층(71) 상의 전도성 분기부(74)로부터 직각으로 연장된다. 제1 콘택트(72)에 대해서는 제1 확산층(71) 상의 영역을 제공하고, 제1 전도성 핑거부(76)에 대해서는 홈을 제공하기 위해서 LED 코어를 에칭한다. 제1 콘택트(72)는 정방형이고, p 형의 제2 콘택트(73)에 대향하는 LED(70)의 모서리의 중앙 상의 제1 확산층(71) 상에 증착된 것이 바람직하다. 제1 콘택트(72)로부터 LED(70)의 모서리를 따라서 전도성 분기부(72b)를 연장한다. 전도성 분기부(72b)로부터 전도성 분기부(72b)의 제1 전도성 핑거부(76)를 전도성 분기부(74) 쪽으로 직각으로 연장한다. 제2 전도성 핑거부(75)와 제1 전도성 핑거부(76)의 사이의 거리를 LED(70)의 활성층의 내부로 거의 균일한 주입을 제공하기에 충분하면서도 거의 균일하고 작게 유지한다. 따라서, 비록 LED(70)가 표준 크기의 LED와 비교해서 큰 경우에 있더라도, LED(70)는 상기한 실시예들과 동일한 전류 확산 이점을 경험한다.
도 8은 제1 및 제2 전도성 핑거부가 지그재그형 전도성 경로를 형성하는 새로운 LED(80)의 제5 실시예를 도시한다. LED(80)는 기판으로부터 제2 확산층(82)을 통하는 상기한 실시예들과 동일한 층형 구조를 갖는다. 제2 확산층(82) 상의 LED의 모서리에 환형의 제2 콘택트(81)를 증착한다. 또한, 전도성 분기부(이하, 전류 확산층 분기부라고도 칭함)(83)는 제2 확산층 상에 증착되고, 환형의 제2 콘택트(81)로부터 LED의 표면의 2 개의 측면을 따라서 이어진다. 지그재그형 제2 전도성 핑거부(이하, 전류 확산층 핑거부라고도 칭함)(84)는 제2 확산층(82) 상의 LED(80)를 대각선으로 횡단하는 전도성 분기부(83)로부터 이어진다. 먼저, 지그재그형 제2 전도성 핑거부(84)를 전도성 분기부(83)로부터 직각으로 돌출시키고, 이어서 지그재그형 제2 전도성 핑거부(84)를 LED(80)를 횡단하여 돌출되도록 다른 직 각으로 굴곡시킨다. 지그재그형 제2 전도성 핑거부(84)를 짧게 하면 짧게 할수록 직각의 수는 더욱 적어진다.
또한, LED(80)는 제1 콘택트(85), 제1 콘택트(85)의 전도성 분기부(86) 및 제1 콘택트(85)의 지그재그형 제1 전도성 핑거부(87)에 대해서 홈을 제공하기 위해서 LED(80)의 제1 확산층을 에칭한다. 환형의 제2 콘택트(81)에 대향하는 LED(80)의 모서리의 제1 확산층 상에 제1 콘택트(85)를 증착한다. 또한, 제1 콘택트(85)로부터 전류 확산층 분기부(83)에 의해 커버되지 않은 2 개의 모서리를 따라서 LED(80)의 주변부 주위로 이어지는 제1 확산층 상에 전도성 분기부(86)를 증착한다. 또한, 지그재그형 제2 전도성 핑거부와 지그재그형 제1 전도성 핑거부의 사이의 거리(지그재그형 제1 및 제2 전도성 핑거부는 서로 중첩됨)가 거의 균일하도록 지그재그형 제2 전도성 핑거부들(84)의 사이의 제1 확산층 상에 전류 확산층 핑거부(84)와 동일한 형상을 갖는 지그재그형 제1 전도성 핑거부(87)를 증착한다. 이 개념에 대한 대안적인 실시예로는 직각 대신에 만곡형 모서리를 갖는 지그재그형 패턴을 생성하기 위해서 곡선형 핑거부를 이용할 수 있다.
이 LED(80)의 구조는 더욱 낮은 일련의 저항, 확장성 및 더욱 박막인 전류 확산층에 대한 능력을 포함하는 상기한 실시예들의 전류 확산에 대한 이점들 모두를 갖는다. 또한, 지그재그형 제1 전도성 핑거부(87)에 대한 LED(80)의 구조에서 에칭된 지그재그형 홈은 LED(80)로부터 방사되는 광의 비율을 추가로 개선하도록 기능한다. 이 지그재그형 홈의 모서리는 상기한 실시예들과 비교해서 더욱 많이 변화하여, 내부 반사광을 방출하고 LED(80)의 광 방사에 기여할 가능성을 증가시킨다.
도 9 및 도 10은 상기한 실시예들과 동일한 층형 구조를 갖는 새로운 LED(90)의 직사각형의 제6 실시예를 도시한다. 제2 콘택트(91)로부터 LED(90)의 세로의 중앙선 아래로 제2 확산층 상에서 역방향으로 이어지는 전도성 분기부(93)의 2 개의 부분을 갖는 제2 확산층(92)의 중앙에 제2 콘택트(91)를 증착한다. 복수의 전도성 핑거부(이하, 제2 전도성 핑거부라고도 칭함)(94)가 전도성 분기부(93)의 양측면으로부터 LED(90)의 모서리 쪽으로 직각으로 돌출된다. LED(90)의 구조는 전류를 LED(90)의 제1 확산층으로 확산시키기 위해서 이 LED(90)의 구조의 주변부 주위를 제1 확산층 아래로 에칭한다. LED(90)의 모서리에서 제1 확산층 상에 제1 콘택트(95)를 증착한다. 제1 콘택트(95)로부터 연속적인 전도성 루프를 제공하는 LED(90)의 전체의 주변부 주위의 제1 확산층 상에 제1 분기부(96)를 증착한다. 또한, LED(90)의 전체의 주변부로부터 직각으로 전도성 분기부(93) 쪽으로 제2 전도성 핑거부들(94)의 사이의 LED(90)의 구조에 홈을 에칭한다. 홈의 내부의 제1 확산층 상에 제1 전도성 핑거부(97)를 증착하여, 제1 분기부(96)로부터 전도성 경로를 제공한다. 서로 인접한 제1 전도성 핑거부(97)와 제2 전도성 핑거부(94)의 사이의 거리(제1 및 제2 전도성 핑거부는 서로 중첩됨)를 거의 균일하게 유지하고, 이 제6 실시예는 상기한 실시예들과 동일한 전류 확산 이점을 갖는다.
도 11은 상기한 실시예들과 동일한 층형 구조를 갖는 새로운 LED(110)의 제7 실시예를 도시한다. 이 LED(110)의 제2 확산층(112)의 중앙에 제2 콘택트(111)를 증착한다. 전도성 핑거부(이하, 제2 전도성 핑거부라고도 칭함)(113)의 개시점들의 사이에서 균일한 거리를 갖는 LED(110)의 모서리 쪽으로 제2 확산층(112) 상의 제2 콘택트(111) 상에 사방으로 뻗은 전도성 핑거부(113)를 형성한다. 전도성 핑거부(113)가 제2 콘택트(111)로부터 사방으로 뻗는 경우, 서로 인접한 전도성 핑거부들의 사이의 거리를 증가시킨다. 제2 확산층(112)에서 전류를 효과적으로 확산하는 거리가 지나치게 커진 경우, 전도성 핑거부(113)를 2 개의 전도성 핑거부(114)로 분할한다.
LED(110)는 제1 콘택트(115) 및 LED(110)의 주변부의 분기부(116)를 제공하기 위해서 LED(110)의 주변부 상의 LED(110)의 제1 확산층을 에칭한다. 또한, 제2 콘택트(111)의 방향으로 제2 전도성 핑거부들(113)의 사이에 전도성 경로를 형성하는 제1 전도성 핑거부(117)를 제공하기 위해서 LED(110)를 에칭한다. 전도성 핑거부(114)의 분할부가 충분히 긴 경우, 전도성 핑거부(114)의 분할부들의 사이에 제1 전도성 핑거부(117)를 포함한다.
서로 인접한 제1 전도성 핑거부(117)와 제2 전도성 핑거부(113)의 사이의 거리는 상기한 실시예들과 비교해서 더욱 많이 변화된다. 그러나, LED(110)는 상기한 실시예들과 동일한 전류 확산 이점을 갖는 거리를 충분히 균일하게 유지한다. 또한, 이 제6 실시예는 더욱 큰 크기로 확장성을 가질 수 있다. 표면 영역을 증가시키는 경우, 전도성 핑거부(114)의 분할부들의 사이에 포함되는 다른 제1 전도성 핑거부(117)를 이용하여 계속해서 제2 전도성 핑거부(113)를 분할할 수 있다.
또한, 장착되어 있는 투명한 기판 및 플립칩 상에 상기한 실시예들의 LED 구조를 성장시킬 수 있다. 도 12는 도 4에 도시된 LED(40)과 유사한 구조를 갖는 투명 기판(이하, LED 칩 기판이라고도 칭함)(123) 상에 성장된 LED(120)의 제8 실시예를 도시한다. LED(120)는 제1 확산층(126) 상의 LED 코어(130) 및 제1 확산층(126)에 대향하는 LED 코어(130) 상의 제2 확산층(124)을 포함한다. 도 12에 도시된 바와 같은 제2 확산층(124) 또는 이 제2 확산층(124) 상의 콘택트 패드 중 어느 하나를 서브마운트(122)와 접착 매체(이하, 접착 인터페이스라고도 칭함)(121)의 사이에 추가된 제1 전도층(127)의 제1 섹션에 결합시키는 접착 매체(121)를 이용하여 서브마운트(122)에 LED(120)를 장착한다. 제1 전도층(127)으로 인가되는 바이어스는 전류를 제2 확산층(124) 및 LED(120)의 활성 영역의 내부로 전송한다. 또한, 제2 전도층(또는 콘택트)(128)의 제2 섹션은 서브마운트(122) 상에 존재하고, 제2 접착 매체(125)는 제1 확산층(126)의 제1 콘택트(129)를 제2 전도층(128)에 결합시킨다. 제2 전도층(128)으로 인가된 바이어스는 전류를 제1 콘택트(129)로 전송하고, 이어서 제1 전도성 핑거부(131)를 통하여 전류를 제1 확산층(126)으로 전송한다. 제1 확산층(126)의 주변부 주위의 제1 확산층(126)에 제1 전도성 핑거부(131)를 배치한다. 제1 전도층(127) 및 제2 전도층(128)은 서브마운트(122)에 의해 전기적으로 격리되고, LED 패키지에 대해서 접속점으로서 기능한다.
이 LED(120)의 구조의 이점 중 하나로는 LED(120)에서 발생된 열을 접착 인터페이스(121)에서 차단하고, 열을 서브마운트(122)로 효과적으로 전송할 수 있기 때문에, LED(120)가 보다 양호한 열흡입원을 갖는 데에 있다. 서브마운트(122)는 고열전도성을 가질 수 있고, 보다 넓은 표면 영역의 LED 칩 기판(123)이다. 또한, 제2 확산층(124)에 대해서 반투명층을 이용하는 경우, 플립칩 외형 구조에 의해, 제2 확산층(124)의 광 손실의 전체를 저감하고, 기판(123) 쪽으로 광을 반사하기 위해서 반사체를 반투명층과 일체화시킬 수 있다.
또한, 제2 확산층(124)의 위에 반사체를 배치하였기 때문에, 제2 콘택트 및 제2 전도성 핑거부는 어떠한 발광도 흡수하지 않는다. 제2 콘택트 및 제2 전도성 핑거부가 발광을 흡수하는 위험이 없이, 이들 제2 콘택트 및 제2 전도성 핑거부의 일련의 저항을 저감하기 위해서 이들 제2 콘택트 및 제2 전도성 핑거부의 두께를 증가시킨다. 또한, 반사면이 전기적으로 전도성인 경우, 반사체의 표면에 접착 매체(121)를 부착하여, LED 전체 구조의 열 전도를 증가시킬 수 있다.
이용되는 물질계에 따라서, 전도성 물질뿐만 아니라 절연 기판 상에 상기한 실시예들의 LED 구조를 성장시킬 수 있다. 통상적으로, 실리콘 카바이드와 같은 전도성 기판 상에 형성된 LED에 있어서, 에피택셜층에 대향하는 전도성 기판 위에 바로 콘택트를 증착한다. 콘택트 패드에 인가되는 전류는 기판을 통하여 활성층의 내부로 거의 균일한 전자의 주입을 제공하는 n 형층으로 확산된다. 대안적으로, 전술한 바와 같이 유사한 방법으로 LED 코어를 에칭할 수 있고, 필요하다면, 후속해서 전도성 기판을 에칭할 수 있다. 기판이 전도성인 경우, 이 기판을 제1 확산층의 일부로서 고려한다.
통상적인 기판의 콘택트 패드의 대신에, 콘택트 핑거부의 어레이를 이용함으로써, 다이오드의 일련의 저항을 저감할 수 있다. 첫째로, 제2 확산층에 대해서 기판보다는 최적의 물질을 이용할 수 있기 때문에, 콘택트 저항을 더욱 저감할 수 있다. 둘째로, 전류가 활성 영역에 도달하기 전에 전송된 거리를 대단히 짧게 하고, 기판을 접촉하는 것과 비교해서 많은 평행 경로를 가져, 일련의 저항을 한층 더 감소시킨다. 물질 및 콘택트의 세부 사항은 어떤 접근법이 가장 작은 저항을 제공하는 지를 결정할 것이다.
비록, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예의 구성을 참조하여 상세히 기술하고 있을지라도, 다른 변형이 가능함을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 전도성 핑거는 많은 상이한 형상 및 패턴을 가질 수 있고, 전술한 바와 상이한 방법으로 LED 어레이 상에 증착될 수 있다. 따라서, 당업자라면 이하에 첨부된 특허 청구의 범위의 정신 및 범주는 본 명세서에 포함된 특허 청구 범위의 바람직한 범위로 한정하는 것은 아님을 이해할 수 있을 것이다.

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  22. 전류 확산 구조를 갖는 반도체 LED에 있어서,
    불순물에 의해 도핑된 2 개 이상의 인접한 층(11, 14, 15, 16)과;
    하나 이상의 상기 인접한 층(11, 14, 15, 16)을 통하여 에칭되고, 상기 인접한 층(11, 14, 15, 16) 중 하나의 인접한 층 상의 표면 또는 그 내부의 표면을 노출시키는 적어도 하나의 홈(23)과;
    제1 콘택트(21)로부터 적어도 하나의 제1 전도성 핑거부(22)의 내부 및 상기 노출된 표면을 갖는 상기 인접한 층(11, 14, 15, 16)의 내부로 전류가 흐르도록 적어도 하나의 홈(23)의 내부의 상기 노출된 표면 상에 적어도 하나의 제1 전도성 핑거부(22)를 갖는 제1 콘택트(21)와;
    제2 콘택트(19)로부터 적어도 하나의 제2 전도성 핑거부(20a, 20b)의 내부 및 상기 인접한 층(11, 14, 15, 16)의 내부로 전류가 흐르도록 상기 인접한 층(11, 14, 15, 16)의 표면 상에 적어도 하나의 제2 전도성 핑거부(20a, 20b)를 갖는 제2 콘택트(19)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 LED.
  23. 제22항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제2 전도성 핑거부(20a, 20b) 및 인접한 상기 적어도 하나의 제1 전도성 핑거부(22)는 통상적으로 상기 제2 및 제1 전도성 핑거부의 길이의 일부분에 대해서 평행한 것인 반도체 LED.
  24. 제22항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제2 전도성 핑거부(20a, 20b) 및 인접한 상기 적어도 하나의 제1 전도성 핑거부(22)는 불순물에 의해 도핑된 상기 2 개 이상의 인접한 층의 내부로 균일한 전류를 주입하기 위해서 서로 균일한 거리에 배치된 것인 반도체 LED.
  25. 제22항에 있어서, 상기 제1 전도성 핑거부(22)를 하나 포함하고, 상기 제2 콘택트(19) 및 적어도 하나의 제2 전도성 핑거부(20a, 20b)는 통상적으로 U자형 전도성 경로를 형성하며, 상기 제1 콘택트(21) 및 제1 전도성 핑거부(22)는 상기 U자형 전도성 경로의 내부에 가늘고 긴 전도성 경로를 형성하는 것인 반도체 LED.
  26. 제22항에 있어서, 하나의 제2 전도성 핑거부(47)를 포함하고, 제1 콘택트(44) 및 적어도 하나의 제1 전도성 핑거부(45a, 45b)는 통상적으로 U자형 전도성 경로를 형성하며, 제2 콘택트(46) 및 제2 전도성 핑거부(47)는 상기 U자형 전도성 경로의 내부에 가늘고 긴 전도성 경로를 형성하는 것인 반도체 LED.
  27. 제22항에 있어서, 복수의 제1 및 제2 전도성 핑거부(76, 75)와, 상기 인접한 층(11, 14, 15, 16) 중 하나의 인접한 층의 모서리에 인접한 상기 제2 콘택트(73) 및 대향하는 모서리에 인접한 제1 콘택트(72)를 포함하고, 상기 제2 전도성 핑거부(75)는 상기 제2 콘택트(73)로부터 상기 대향하는 모서리 쪽으로 복수의 전도성 경로를 형성하며, 상기 제1 전도성 핑거부(76)는 상기 제1 콘택트(72)로부터 상기 제2 전도성 핑거부(75)의 사이에서 서로 맞물린 상기 제2 콘택트(73) 쪽으로 복수의 전도성 경로를 형성하는 것인 반도체 LED.
  28. 제22항에 있어서, 상기 인접한 층(11, 14, 15, 16)의 표면의 중앙에 인접하 여 제2 콘택트(111)가 배치되고, 제2 전도성 핑거부(113, 114)는 상기 제2 콘택트(111)로부터 상기 인접한 층(11, 14, 15, 16)의 표면의 모서리 쪽으로 전도성 경로를 형성하며, 제1 전도성 핑거부(117)는 제1 콘택트(115)로부터 상기 제2 전도성 핑거부(113)와 제2 전도성 핑거부(114)의 사이에서 서로 맞물린 상기 제2 콘택트(111) 쪽으로 전도성 경로를 형성하는 것인 반도체 LED.
  29. 제22항에 있어서, 상기 인접한 층(11, 14, 15, 16)의 표면의 중앙에 제2 콘택트(91)가 배치되고, 상기 제2 콘택트(91)로부터 상기 인접한 층(11, 14, 15, 16)의 표면의 중앙선의 아래로 대향하는 각각의 방향으로 전도성 경로를 형성하는 2 개의 전도성 분기부(93)와, 상기 전도성 분기부(93)에 대해서 통상적으로 대각선으로 전도성 경로를 형성하는 제2 전도성 핑거부(94)와, 제1 콘택트(95) 및 상기 인접한 층(11, 14, 15, 16)의 표면의 모서리로부터 전도성 경로를 상기 제2 전도성 핑거부(94)의 사이에서 서로 맞물린 상기 전도성 분기부(93) 쪽으로 형성하는 제1 전도성 핑거부(97)를 추가로 포함하는 것인 반도체 LED.
  30. 제22항에 있어서, 복수의 제1 및 제2 전도성 핑거부(84, 87)를 포함하고, 상기 제2 전도성 핑거부(84)는 통상적으로 제2 콘택트(81)로부터 평행한 지그재그형 전도성 경로를 형성하며, 상기 제1 전도성 핑거부(87)는 통상적으로 상기 지그재그형 제2 전도성 핑거부(84)의 사이에서 서로 맞물린 제1 콘택트(85)로부터 평행한 지그재그형 전도성 경로를 형성하는 것인 반도체 LED.
  31. 플립칩 탑재 방법을 이용하고, 향상된 전류 확산 구조를 갖는 조절 가능한 발광 다이오드(LED)에 있어서,
    에피택셜 성장형 p 형층, 에피택셜 성장형 n 형층 및 상기 에피택셜 성장형 p 형층과 에피택셜 성장형 n 형층의 사이에 배치된 에피택셜 성장형 활성층을 갖는 LED 코어(130)와;
    상기 LED 코어(130)에 인접한 제1 확산층(126)과;
    상기 LED 코어(130)를 통하여 상기 제1 확산층(126)에 이르기까지 형성된 적어도 하나의 홈과;
    제1 콘택트(129)로부터 적어도 하나의 제1 전도성 핑거부(131)의 내부, 상기 제1 확산층(126)의 내부 및 상기 LED 코어(130)의 내부로 전류가 흐르도록 상기 적어도 하나의 홈의 내부의 상기 제1 확산층(126) 상에 적어도 하나의 제1 전도성 핑거부(131)를 갖는 제1 콘택트(129)와;
    상기 LED 코어(130)에 인접하고, 상기 제1 확산층(126)에 대향하는 제2 확산층(124)과;
    2 개의 분리부(127, 128)를 갖고, 제1 분리부(127)가 상기 제2 확산층(124)에 결합되는 전도층과;
    상기 전도층의 상기 제1 분리부(127)에 인접하고, 상기 제2 확산층(124)에 대향하며, 상기 전도층의 제2 분리부(128)에 인접하도록 배치된 서브마운트(122)
    를 포함하고,
    상기 LED는 상기 제2 분리부(128)와 제1 콘택트(129)의 사이에 배치된 전도성 물질(125)을 더 포함하고, 상기 전도층의 상기 제1 및 제2 분리부(127, 128)로 인가되는 바이어스에 의해 상기 LED 코어(130)를 발광시키는 것을 특징으로 하는 조절 가능한 발광 다이오드.
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