KR101211864B1 - 그레이디드 굴절율을 갖는 반사방지층을 포함하는 발광장치 및 그의 형성 방법 - Google Patents

그레이디드 굴절율을 갖는 반사방지층을 포함하는 발광장치 및 그의 형성 방법 Download PDF

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    • H01L33/44—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating

Abstract

본 발명의 발광 장치는 방사광에 적어도 부분적으로 투명하고 제 1 굴절율을 갖는 기판을 포함한다. 다이오드 영역이 상기 기판의 제 1 면 상에 위치하고, 가해지는 전압에 반응하여 빛을 방사하도록 구성된다. 인캡슐레이션 층이 상기 기판의 제 2 면 상에 위치하고 제 2 굴절율을 갖는다. 반사방지층이 상기 기판의 제 2 면과 상기 인캡슐레이션 층 사이에 위치한다. 상기 반사방지층은 상기 반사방지층의 제 1 면에서 제 1 굴절율과 상기 반사방지층의 제 2 면에서 제 2 굴절율 사이의 값을 가지며 변하는 굴절율을 갖는다. 상기 인캡슐레이션 층은 생략될 수 있으며, 상기 반사방지층은 제 1 굴절율을 갖는 상기 기판을 제 2 굴절율을 갖는 공기로부터 분리할 수 있다. "플립-칩"이 아닌 구현예도 개시된다.

Description

그레이디드 굴절율을 갖는 반사방지층을 포함하는 발광 장치 및 그의 형성 방법 {Light-emitting devices having an antireflective layer that has a graded index of refraction and methods of forming the same}
본 발명은 마이크로 전자 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 발광 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 일반 소비자 및 상업적 응용에 널리 사용된다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 발광 다이오드는 일반적으로 마이크로 전자 기판 상에 다이오드 영역을 포함한다. 상기 마이크로 전자 기판는, 예를 들면, 갈륨비소화물, 갈륨인화물, 이들의 합금, 실리콘 카바이드, 및/또는 사파이어를 포함할 수 있다. LED 분야에서의 계속적인 개발 결과, 효율이 높고 기계적으로도 강건하며 가시 광선 및 그 이상을 커버할 수 있는 광원을 얻었다. 이러한 특징은 고체상 장치의 긴 수명과 결합하여 다양한 새로운 디스플레이 기기를 가능하게 할 수 있고, LED를 백열등 및 형광등과 경쟁할 수 있는 위치에 올려놓을 수 있다.
도 1을 참조하면, 일반적인 GaN계 LED(100)은 대향하는 제 1 면(110a) 및 제 2 면(110b)을 각각 갖고 방사광(optical radiation)에 대하여 적어도 부분적으로 투명한 SiC 기판(105)을 포함한다. n-타입 층(115), 활성 영역(120), 및 p-타입 층(125)을 포함하는 다이오드 영역은 제 2 면(110b) 위에 위치하고, 상기 다이오드 영역을 통해, 예를 들면 오믹 콘택(130 및 135)을 통해 전압을 가해주면, SiC 기판(105)으로 방사광을 방사하도록 배열된다.
n-타입 층(115), 활성 영역(120), 및/또는 p-타입 층(125)을 포함하는 다이오드 영역은 갈륨 나이트라이드계 반도체 층, 또는 인듐 갈륨 나이트라이드 및/또는 알루미늄 인듐 갈륨 나이트라이드와 같은 이들의 합금층을 포함할 수 있다. 실리콘 카바이드 상에 갈륨 나이트라이드를 형성하는 방법은 당업자에게 알려져 있고, 예를 들면, 본 출원에 인용되어 통합되는 미국특허 제6,177,688호에 기재되어 있다. 알루미늄 나이트라이드를 포함하는 버퍼층은, 예를 들면, n-타입 갈륨 나이트라이드 층(115) 및 실리콘 카바이드 기판(105) 사이에 제공될 수 있음 또한 이해될 것이다. 이러한 점은 본 출원에 인용되어 통합되는 미국특허 제5,393,993호, 제5,523,589호, 제6,177,688호 및 "InGaN 발광 다이오드의 수직 구조(Vertical Geometry InGaN Light Emitting Diode)"라는 제목의 출원 일련번호 제09/154,363호에 기재되어 있다.
활성 영역(120)은 당업자에게 잘 알려진, n-타입, p-타입, 또는 고유 갈륨 나이트라이드계 물질의 단일층, 다른 단일구조, 단일한 이종구조, 두 개의 이종구조, 및/또는 양자 우물 구조를 포함할 수 있다. 또한, 상기 활성 영역(120)은 하나 이상의 클래드(clad) 층으로 결합된 발광층을 포함할 수 있다. 상기 n-타입 갈륨 나이트라이드층(115)은 실리콘이 도핑된 갈륨 나이트라이드를 포함할 수 있고, 상기 p-타입 갈륨 나이트라이드층(125)은 마그네슘이 도핑된 갈륨 나이트라이드를 포함할 수 있다. 또한, 상기 활성 영역(120)은 인듐 갈륨 나이트라이드 양자 우물을 적어도 하나 포함할 수 있다.
어떤 LED에서는, p-타입 갈륨 나이트라이드층(125)에 대한 상기 오믹 콘택(135)은 백금, 니켈 및/또는 티타늄/금을 포함할 수 있다. 다른 LED에서는, 예를 들면, 알루미늄 및/또는 은을 포함하는 반사 오믹 콘택(reflective ohmic contact)이 사용될 수 있다. 상기 n-타입 갈륨 나이트라이드층(115)에 대한 오믹 콘택(130)은 알루미늄 및/또는 티타늄을 포함할 수 있다. p-타입 갈륨 나이트라이드 및 n-타입 갈륨 나이트라이드와 오믹 콘택을 형성하는 다른 적절한 물질도 오믹 콘택(135 및 130)에 각각 사용될 수 있다. n-타입 갈륨 나이트라이드층 및 p-타입 갈륨 나이트라이드층에 대한 오믹 콘택의 예는, 예를 들면, 본 출원에 인용되어 통합되는 미국특허 제5,767,581호에 기재되어 있다.
불행하게도, LED 장치의 내부에서 발생되는 빛의 대부분은 내부 전반사(TIR: total internal reflection)와 같은 다양한 광학적 손실 때문에 장치를 벗어나지 못하게 된다. 도 2를 참조하면, 한 매질에서 다른 매질로 빛이 이동할 때, 굴절각이 다음 스넬의 법칙 n1sinθ1 = n2sinθ2를 따르도록 굴절된다. 여기서, n1은 제 1 매질의 굴절율이고, n2는 제 2 매질의 굴절율이다. 그러나, 탈출하는 빛은 다음 θ1임계=sin-1(n2/n1)과 같이 정의되는 "임계각"보다 작은 각도 의존성을 갖는다. 임계각보다 큰 각도로 입사하는 빛은 제 2 매질을 통과하는 대신, 제 1 매질 속으로 반사된다. 이러한 반사를 통상 내부 전반사라고 부른다. 따라서, 서로 현저히 다른 굴절율을 지닌 매질은 두 매질을 빛이 통과하기 위해 비교적 작은 임계각을 갖게 되 고, 내부 전반사로 인하여 상당한 광학적 손실을 가져올 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 발광장치는 적어도 부분적으로 방사광에 투명하고 제 1 굴절율을 갖는 기판을 포함한다. 다이오드 영역은 상기 기판의 제 1 면 위에 위치하고, 여기에 인가되는 전압에 대응하여 발광하도록 구성된다. 반사방지층은 상기 기판의 제 2 면 상에 위치하고, 반사방지층의 제 1 면에서의 제 1 굴절율과 반사방지층의 제 2 면에서의 인캡슐레이션 물질의 굴절율에 대응하는 제 2 굴절율 사이의 범위에서 그레이디드 굴절율(graded index of refraction) 값을 갖는다. 다른 구현예에서, 상기 인캡슐레이션 물질은 생략될 수 있고, 상기 반사방지층은 제 1 굴절율을 갖는 상기 기판을 제 2 굴절율을 갖는 공기로부터 분리할 수 있다.
예를 들면 상기 기판과 같은 제 1 매질과, 예를 들면 인캡슐레이션 물질 또는 공기와 같은 제 2 매질 사이에 반사방지층을 사용함으로써, 굴절율의 급격한 변화가 방지되므로 상기 기판 및/또는 상기 인캡슐레이션 물질의 경계에서 내부적으로 반사되는 빛의 양을 줄일 수 있는 장점이 있다.
다른 구현예에서, 상기 기판은 SiC 및/또는 Al2O3를 포함할 수 있고, 상기 반사방지층은 (SiC)x(SiO2)1-x 및/또는 (Al2O3)x(SiO2)1-x를 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 반사방지층은 고분자를 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 기판은 약 2.6의 굴절율을 갖는 SiC를 포함할 수 있고, 상기 인캡슐레이션 물질은 약 1.5의 굴절율을 갖는다. 상기 기판은 약 1.8의 굴절율을 갖는 Al2O3도 포함할 수 있고, 상기 인캡슐레이션 물질은 약 1.5의 굴절율을 갖는다.
상기 그레이디드 굴절율은 함수 f(x)로 나타낼 수 있으며, 여기서 x는 상기 반사방지층의 제 1 면에서 시작하고, 상기 반사방지층의 제 2 면에서 끝나는, 상기 반사방지층의 두께를 나타낸다. 특정한 구현예에서, f(x)는 선형이다.
구현예에 따라, 상기 반사방지층은 화학 기상 증착(CVD) 및/또는 플라스마 강화 화학 기상 증착(PECVD)와 같은 증착 공정을 이용하여 상기 기판 상에 형성될 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 반사방지층은, 예를 들면, 열 증발(thermal evaporation), e-빔 증발, 스퍼터링, 스핀-코팅, 졸-겔 스핀 코팅, 및/또는 도금을 이용하여 상기 기판 상에 형성될 수 있다.
상기 기판이 SiC를 포함하고 상기 반사방지층이 (SiC)x(SiO2)1-x를 포함하는 특정 구현예에서, 상기 반사방지층은 상기 SiC 기판에 (SiC)x(SiO2)1-x를 적용하는 동안 시간에 따라 x값을 감소시키면서 적용함으로써 형성될 수 있다. 상기 기판이 Al2O3를 포함하는 다른 구현예에서, 상기 반사방지층은 (Al2O3)x(SiO2)1-x를 Al2O3 기판에 적용하는 동안 시간에 따라 x값을 감소시키면서 적용함으로써 형성될 수 있다. 상기 기판이 SiC를 포함하고 상기 반사방지층이 (SiC)x(SiO2)1-x를 포함하는 경우, x 값은 상기 적용 시간 구간의 시작시에 약 1.0이고, 상기 적용 시간 구간의 종료시에 약 0일 수 있다. 상기 기판이 Al2O3를 포함하고 상기 반사방지층이 (Al2O3)x(SiO2)1-x를 포함하는 경우, x 값은 상기 적용 시간 구간의 시작시에 약 1.0이고, 상기 적용 시간 구간의 종료시에 약 0일 수 있다.
본 발명의 구현예는 방사광에 대하여 적어도 부분적으로 투명한 기판을 통해 빛이 추출되는 플립-칩 구조에 한정되지 않는다. 다른 구현예에서, 발광 장치는 기판과 상기 기판의 표면 상에 위치하고 인가된 전압에 대응하여 발광하도록 구성된 다이오드 영역을 포함한다. 광추출층(light extraction layer)은 제 1 굴절율을 갖는 상기 다이오드 영역 상에 위치하고, 반사방지층은, 상기 반사방지층의 제 1 면에서의 제1굴절율과 상기 반사방지층의 제 2 면에 이웃하는 제 2 매질의 제 2 굴절율 사이의 값을 대략 갖는 그레이디드 굴절율을 갖는 상기 광추출층 상에 위치한다. 따라서, 예를 들면, 적어도 부분적으로 투명한 오믹 콘택으로 적용될 수 있는 광추출층을 통해서 빛을 추출할 수도 있다. 특정한 구현예에서, 상기 광추출층은 백금을 포함하고, 제 1 굴절율은 약 2.33이다.
본 발명의 다른 특징은 구체적인 구현예의 다음 상세한 설명과 첨부된 다음 도면으로부터 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 통상의 GaN계 발광 다이오드(LED)를 나타내는 측단면도이다.
도 2는 상이한 굴절율을 갖는 두 매질을 통과하는 빛을 나타내는 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 발광장치 및 그의 제조방법을 나타내는 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른, 다양한 기판 물질에 대하여 반사방지층의 두께에 따른 그레이디드 굴절율의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른, 발광 장치의 제조 방법의 예를 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른, 발광장치 및 그의 제조방법을 나타낸 측단면도이다.
본 발명은 다양하게 변용 및 치환할 수 있고, 그의 구체적인 구현예는 도면에 예로써 나타나 있으며, 이하에서 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명을 개시된 특정 형태에 한정하고자 하는 의도가 아니며, 반대로, 본 발명은 청구항에 의해 정의되는 본 발명의 정신 및 범위 내에 속하는 모든 변용, 균등물, 및 치환에 미친다고 이해되어야 한다. 도면의 설명에서 동일한 참조번호는 동일한 요소를 가리킨다. 도면에서, 층 및 영역의 치수는 명확성을 위해 과장되었다. 여기에 기재된 각 구현예는 보완적인 전도성 타입 구현예도 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "위에" 있다고 말할 때, 다른 요소 바로 위에 있을 수도 있고 그 사이에 다른 요소가 개재될 수도 있음은 이해될 것이다. 표면과 같은 요소의 일부분의 "내부"는 그 요소의 다른 부분보다 그 장치의 외면으로부터 더 먼 것임은 이해될 것이다. 또한, "밑에" 또는 "... 위에 있는"과 같은 상대적인 표현은 여기서 도면에 나타낸 기판 또는 기층에 있어서 어느 층 또는 영역의 다른 층 또는 영역에 대한 관계를 나타내기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어는 도면에 표현된 장치의 방향뿐만 아니라 장치의 다양한 방향을 포함하는 것은 이해될 것이다. 마지막으로, "직접"이라는 말은 그 사이에 개재되는 요소가 없음을 의미한다. "및/또는"이라는 말은 여기서 사용될 때 열거된 항목 중 어느 하나 및 이들의 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
제1, 제2 등과 같은 용어는 여기서 다양한 요소, 구성부분, 영역, 층 및/또는 섹션을 기술하기 위해 사용되지만, 이러한 요소, 구성부분, 영역, 층 및/또는 섹션은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 아니됨이 이해될 것이다. 이러한 용어는 하나의 요소, 구성부분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 영역, 층 또는 섹션으로부터 구분하기 위해 사용되었을 뿐이다. 따라서, 이하에서 논의되는 제1 영역, 층 또는 섹션은 제2 영역, 층 또는 섹션으로 이름붙일 수도 있었으며, 이와 유사하게, 제2 또한 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않는다.
이하에서는 본 발명의 구현예를 SiC계 및 사파이어(Al2O3)계 기판 상에 형성된 GaN계 발광 다이오드(LED)를 참조하여 일반적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 이러한 구조에 한정되지 않는다. 본 발명의 구현예는 일반적으로 방사광을 흡수하지 않거나 적어도 부분적으로 투명한 어떠한 기판이라도 사용할 수 있고, 인가된 전압에 대응하여 발광하는 다이오드 영역을 사용할 수 있다.
본 발명의 구현예에 사용할 수 있는 발광 장치의 예는, 본 출원에 인용되어 통합되는 미국특허 제6,201,262호, 제6,187,606호, 제6,120,600호, 제5,912,477호, 제5,739,554호, 제5,631,190호, 제5,604,135호, 제5,523,589호, 제5,416,342호, 제5,393,993호, 제5,338,944호, 제5,210,051호, 제5,027,168호, 제5,027,268호, 제4,966,862호 및/또는 제4,918,497호에 기재된 장치를 포함할 수 있지만 여기에 한정되지 않는다. 다른 적절한 LED 및/또는 레이저는 본 출원에 인용되어 통합되는 2002년 5월 7일 출원 미국특허출원 일련번호 제10/140,796호 "양자우물과 초격자를 갖는 3족 나이트라이드계 발광다이오드 구조, 3족 나이트라이드계 양자우물 구조 및 3족 나이트라이드계 초격자 구조(GROUP III NITRIDE BASED LIGHT EMITTING DIODE STRUCTURES WITH A QUANTUM WELL AND SUPERLATTICE, GROUP III NITRIDE BASED QUANTUM WELL STRUCTURES AND GROUP III NITRIDE BASED SUPERLATTICE STRUCTURES)"와 2002년 1월 25일 출원 미국특허출원 일련번호 제10/057,821호 "광추출을 위한 변용 기판을 포함하는 발광 다이오드 및 그의 제조방법(LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING SUBSTRATE MODIFICATIONS FOR LIGHT EXTRACTION AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR)"에 기재되어 있다. 또한, 인광물질(phosphor)이 코팅된 LED도 본 발명의 구현예에 사용되기에 적합하며, 인광물질이 코팅된 LED의 예는 본 출원에 인용되어 통합되는 2003년 9월 9일 출원 미국특허출원 일련번호 제10/659,241호 "경사 측벽을 포함하고 인광물질이 코팅된 발광 다이오드, 및 그의 제조방법(PHOSPHOR-COATED LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING TAPERED SIDEWALLS, AND FABRICATION METHODS THEREFOR)"에 기재되어 있다.
상기 LED 및/또는 레이저는 기판을 통해 빛의 방사가 일어나도록 "플립-칩" 구조로 작동하도록 구성된다. 이러한 구현예에서, 상기 기판은 장치의 광출력이 향 상되도록 패터닝되며, 그러한 예는 본 출원에 인용되어 통합되는 2002년 1월 25일 출원 미국특허출원 일련번호 제10/057,821호 "광추출을 위한 변용 기판을 포함하는 발광 다이오드 및 그의 제조방법"에 기재되어 있다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 발광 장치(300)를 나타낸다. 상기 발광 장치(300)는, 도 1에 대하여 앞서 기재된 GaN LED와 유사한 GaN계 LED를 포함한다. 도 3에서 플립-칩 구조로 나타낸 바와 가이, 상기 GaN계 LED는 대향하는 제 1 면(310a) 및 제 2 면(310b)을 각각 갖는 기판(305)을 포함하고 방사광에 대하여 적어도 부분적으로 투명하다. 상기 기판(305)은, 예를 들면, SiC 기판이거나 사파이어(Al2O3) 기판이지만 여기에 한정되지 않는다. n-타입 층(315), 활성 영역(320), 및 p-타입 층(325)을 포함하는 다이오드 영역은 상기 제 2 면(310b) 상에 위치하고, 상기 다이오드 영역에 걸쳐, 예를 들면, 오믹 콘택(330 및 335)을 통해 전압을 인가하면 상기 기판(305)을 통해 방사광을 방사하도록 구성된다.
n-타입 층(315), 활성 영역(320), 및/또는 p-타입 층(325)을 포함하는 다이오드 영역은 갈륨 나이트라이드계 반도체 층, 또는 인듐 갈륨 나이트라이드 및/또는 알루미늄 인듐 갈륨 나이트라이드와 같은 이들의 합금층을 포함할 수 있다. 실리콘 카바이드 상에 갈륨 나이트라이드를 형성하는 방법은, 예를 들면, 앞서 본 출원에 포함된 미국특허 제6,177,688호에 기재되어 있다. 알루미늄 나이트라이드를 포함하는 버퍼층은, 예를 들면, n-타입 갈륨 나이트라이드 층(315) 및 실리콘 카바이드 기판(305) 사이에 제공될 수 있다. 이러한 점은 앞서 본 출원에 포함된 미국 특허 제5,393,993호, 제5,523,589호, 제6,177,688호 및 "InGaN 발광 다이오드의 수직 구조"라는 제목의 출원 일련번호 제09/154,363호에 기재되어 있다.
활성 영역(320)은 n-타입, p-타입, 또는 고유 갈륨 나이트라이드계 물질의 단일층, 다른 단일구조, 단일한 이종구조, 두 개의 이종구조, 및/또는 양자 우물 구조를 포함할 수 있다. 또한, 상기 활성 영역(320)은 하나 이상의 클래드 층으로 결합된 발광층을 포함할 수 있다. 상기 n-타입 갈륨 나이트라이드층(315)은 실리콘이 도핑된 갈륨 나이트라이드를 포함할 수 있고, 상기 p-타입 갈륨 나이트라이드층(325)은 마그네슘이 도핑된 갈륨 나이트라이드를 포함할 수 있다. 또한, 상기 활성 영역(320)은 인듐 갈륨 나이트라이드 양자 우물을 적어도 하나 포함할 수 있다.
일부 구현예에서는, p-타입 갈륨 나이트라이드층(325)에 대한 상기 오믹 콘택(335)은 백금, 니켈 및/또는 티타늄/금을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서는, 예를 들면, 알루미늄 및/또는 은을 포함하는 반사 오믹 콘택이 사용될 수 있다. 상기 n-타입 갈륨 나이트라이드층(315)에 대한 오믹 콘택(330)은 알루미늄 및/또는 티타늄을 포함할 수 있다. p-타입 갈륨 나이트라이드 및 n-타입 갈륨 나이트라이드와 오믹 콘택을 형성하는 다른 적절한 물질도 오믹 콘택(335 및 330)에 각각 사용될 수 있다. n-타입 갈륨 나이트라이드층 및 p-타입 갈륨 나이트라이드층에 대한 오믹 콘택의 예는, 예를 들면, 앞서 본 출원에 포함된 미국특허 제5,767,581호에 기재되어 있다.
상기 LED는 히트 싱크(heat sink)와 같은 장착 지지대(340) 상에 결합 영역(345) 및 (350)으로 장착된 플립-칩 또는 역전 구조로 표시된다. 상기 결합 영역 (345) 및 (350)은 다이오드 영역 및/또는 장착 지지대(340)에 결합되는 접합물 전구체를 포함할 수 있고, 상기 접합물 전구체는 통상의 접합물 역류 기술을 이용하여 상기 오믹 콘택(335 및 330)을 상기 장착 지지대(340)에 결합시키도록 역류될 수 있다. 결합 영역(345) 및 (350)의 다른 구현예는 금, 인듐, 및/또는 땜납을 포함할 수 있다. 애노드 리드(355) 및 캐소드 리드(360)은 외부와의 연결을 제공할 수 있다.
도 3에도 보인 바와 같이, 상기 플립-칩 또는 역전 패킹 구조는 상기 기판(305)이 장착 지지대(340)에서 멀리 위치하게 하고, 상기 다이오드 영역이 그 아래에 상기 장착 지지대(340)에 이웃하도록 위치시킨다. (미도시) 배리어 영역은 상기 오믹 콘택(335, 330)과 결합 영역(345), (350) 사이에포함될 수 있다. 상기 배리어 영역은 니켈, 니켈/바나듐, 및/또는 티타늄/텅스텐을 포함할 수 있다. 다른 배리어 영역도 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따라, 반사방지층(365)은 상기 기판 표면(310a) 상에 위치하고, 이웃하는 제 1 매질(예를 들면, 기판(305))의 제 1 굴절율과 이웃하는 제 2 매질의 제 2 굴절율 사이의 값을 띠며 그레이디드 굴절율을 갖는다. 본 발명의 다양한 구현예에 따라, 상기 제 2 매질은 공기 또는 도 3에 보인 바와 같이 인캡슐레이션 물질(370)일 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 구현예에 따라, 상기 반사방지층은 상이한 광전달 매질의 상이한 두 굴절율 사이의 값을 띠며 그레이디드 굴절율을 갖는다. 상기 상이한 매질 사이에 반사방지층을 사용함으로써, 굴절율의 급격한 변화가 방지되므로 한 매질 또는 두 매질의 경계에서 내부적으로 반사되는 빛의 양을 줄일 수 있는 장점이 있다.
상기 기판(305)이 SiC인 구현예에서, 상기 반사방지층(365)은 (SiC)x(SiO2)1-x를 포함할 수 있다. 상기 기판(305)이 사파이어(Al2O3)인 구현예에서, 상기 반사방지층(365)은 (Al2O3)x(SiO2)1-x를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 반사방지층(365)은 Charlotte, NC의 Waveguide Solutions, Inc.에서 공급하는 졸-겔 복합 고분자와 같은 고분자를 포함할 수 있다.
도 4에 나타낸 본 발명의 일 구현예에서, 상기 반사방지층(365)은 각각 제 1 매질 및 제 2 매질과 관련된 제 1 굴절율 및 제 2 굴절율 사이의 차이에 기초하여 그레이디드 굴절율을 가질 수 있다. SiC의 굴절율은 약 2.6일 수 있고, 사파이어(Al2O3)의 굴절율은 약 1.8일 수 있다. 플라스틱, 유리, 실리콘 겔, 및/또는 다른 물질을 포함하는 인캡슐레이션 물질의 굴절율은 약 1.5일 수 있다. 공기의 굴절율은 약 1.0일 수 있다. 상기 반사방지층(365)이 SiC 기판과 인캡슐레이션 물질 사이에 위치하고, 상기 반사방지층(365)이 사파이어(Al2O3) 기판과 인캡슐레이션 물질 사이에 위치하는 경우에 대한 상기 반사방지층(365)의 두께 x에 따른 상기 반사방지층(365)의 굴절율을 도 4에와 같이 나타내었다. 다른 기판 물질 및/또는 인캡슐레이션 물질에 대하여 유사한 그래프를 그릴 수 있다. 또한, 인캡슐레이션 물질이 없이 다양한 기판 물질에 대하여, 즉 상기 반사방지층이 상기 기판(305)을 공기와 분리하는 구현예에 대하여 그래프를 그릴 수 있다.
그레이디드 굴절율은 함수 f(x)로 나타낼 수 있다. 여기서 x는 상기 반사방지층(365)의 제 1 면(예를 들면, 제 1 광투과 매질에 이웃하는 면)에서 시작하고, 상기 반사방지층(365)의 제 2 면(예를 들면, 제 2 광투과 매질에 이웃하는 면)에서 끝나는, 상기 반사방지층의 두께를 나타낸다. 굴절율의 급격한 변화는 발광 장치(300) 내부로 반사되어 되돌아가는 방사광의 양을 증가시킬 수 있다. 특정한 구현예에서, f(x)는 상기 발광 장치(300)의 외부로 전달되는 방사광의 양을 증가시키기 위해 선형일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 구현예에 따라, 발광 장치를 형성하는 방법의 예를 도 5 및 도 6의 순서도와 도 3의 측단면도를 참조하여 설명한다. 도 5를 참조하면 제조는 기판(305)을 제공하는 블록(500)에서 시작된다. 블록(505)에서 다이오드 영역, 즉 층 (315), (320), 및 (325)을 상기 기판 표면(310b) 위에 형성한다. 블록(510)에서, 그레이디드 굴절율을 갖는 반사방지층(365)을 상기 기판 표면(310a) 상에 형성한다. 구현예에 따라, 상기 반사방지층(365)은 화학 기상 증착(CVD) 및/또는 플라스마 강화 화학 기상 증착(PECVD)와 같은 증착 공정을 이용하여 상기 기판(305) 상에 형성될 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 반사방지층(365)은, 예를 들면, 열 증발, e-빔 증발, 스퍼터링, 스핀-코팅, 졸-겔 스핀 코팅, 및/또는 도금과 같은 방법을 이용하여 상기 기판(305) 상에 형성될 수 있다. 선택적으로, 블록(515)에서 상기 인캡슐레이션 물질(370)이 상기 반사방지층(365) 및 상기 기판(305) 상에 형성될 수 있다.
도 6에 나타낸 본 발명의 특정한 구현예에서, 상기 반사방지층(365)은 블록(600)에서 (기판(305) 물질)x(SiO2)1-x를 포함하는 화합물을 상기 기판에 적용하는 동안 x값을 감소시키면서 적용함으로써 형성될 수 있다. 본 발명의 다양한 구현예에 따라 상기 기판(305)은, 예를 들면, 앞서 논의된 바와 같이 SiC 또는 사파이어(Al2O3)를 포함할 수 있다.
상기 기판(305)이 SiC를 포함하고 상기 반사방지층(365)이 (SiC)x(SiO2)1-x를포함하는 경우, x의 값은 상기 적용 시간 구간의 시작시에 약 1.0이고, 상기 적용 시간 구간의 종료시에 약 0일 수 있다. 상기 기판(305)이 Al2O3를 포함하고 상기 반사방지층(365)이 (Al2O3)x(SiO2)1-x를 포함하는 경우, x 값은 상기 적용 시간 구간의 시작시에 약 1.0이고, 상기 적용 시간 구간의 종료시에 약 0일 수 있다.
본 발명의 구현예는 이상에서 방사광에 대하여 적어도 부분적으로 투명한 기판을 통해 빛이 나오는 "플립-칩" 구조를 참조하여 설명되었다. 그러나, 본 발명은 그러한 구조에 한정되지 않는다. 도 7에 보인 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 발광 장치(700)는 투명전극과 같은 광추출층을 통한 빛의 추출을 제공할 수 있다. 도 7을 참조하면, 상기 발광 장치(700)는 기판(705) 및 그 위에 위치하고 n-타입 층(710), 활성 영역(715), 및 p-타입 층(720)을 포함하는 다이오드 영역을 포함한다. 상기 발광 장치(700)는 상기 p-타입 층(720) 위에 위치하는 광추출층(725)을 더 포함하고, 백금과 같은 얇고 적어도 부분적으로 투명한 오믹 콘택을 포함할 수 있다. 백금의 굴절율은 약 2.33이다. 상기 다이오드 영역은 예를 들면, 오믹 콘택(730 및 735)을 각각 이용하여 상기 다이오드 영역에 걸쳐 전압을 인가해주면 상기 광추출층(725)을 통해 방사광이 방사되어 나오도록 구성된다.
도 7에 보인 바와 같이, 예를 들면, 도 3에 대하여 앞서 논의한 반사방지층(365)과 같은 반사방지층(740)은 상기 광추출층(725) 상에 위치하고, 이웃하는 제 1 매질(예를 들면, 광추출층(725))의 제 1 굴절율과 이웃하는 제 2 매질(예를 들면, 공기; 플라스틱, 유리, 실리콘 겔 등과 같은 인캡슐레이션 물질)의 제 2 굴절율 사이의 값을 가지며 그레이디드 굴절율을 갖는다. 도 3에 대하여 앞서 논의한 바와 같이, 상기 반사방지층은 상이한 매질 사이에서 굴절율이 급격히 변화되는 것을 방지하여 한 매질 또는 두 매질의 경계에서 내부적으로 반사되는 빛의 양을 줄일 수 있다.
상세한 설명을 맺음에 있어, 본 발명의 원리를 실질적으로 벗어나지 않고 바람직한 실시예에 많은 변화와 변용이 가능함을 주의하여야 한다. 그러한 모든 변화와 변용은 다음 청구항에 설명된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 포함될 것이다.

Claims (62)

  1. 광 방사(optical radiation)에 대하여 적어도 부분적으로 투명하고 제 1 면, 제 2 면 및 제 1 굴절율을 갖는 기판;
    상기 기판의 제 1 면 상에 위치하고, 인가되는 전압에 응답하여 발광하도록 구성된 다이오드 영역; 및
    상기 기판의 제 2 면 상에 위치하는 반사방지층으로서, 상기 반사방지층의 제 1 면에서의 제 1 굴절율과 상기 반사방지층의 제 2 면에서 인캡슐레이션 물질의 굴절율에 대응하는 제 2 굴절율 사이의 값을 갖는 그레이디드(graded) 굴절율을 갖는 반사방지층
    을 포함하고,
    상기 기판은 SiC를 포함하고 상기 반사방지층은 (SiC)x(SiO2)1-x를 포함하거나, 또는 상기 기판은 Al2O3를 포함하고 상기 반사방지층은 (Al2O3)x(SiO2)1-x를 포함하는 발광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사방지층의 제 1 면은 상기 기판의 제 2 면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, x는 상기 반사방지층의 제 1 면에서 1.0이고, 상기 반사방지층의 제 2 면에서 0인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 반사방지층은 (SiC)x(SiO2)1-x 또는 (Al2O3)x(SiO2)1-x 대신에 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 SiC를 포함하고, 상기 제 1 굴절율은 2.6이고, 상기 제 2 굴절율은 1.5인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 Al2O3를 포함하고, 상기 제 1 굴절율은 1.8이고, 상기 제 2 굴절율은 1.5인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 그레이디드 굴절율은 함수 f(x)로 표현되고, x는 상기 반사방지층의 제 1 면에서 시작하여 상기 반사방지층의 제 2 면에서 끝나는, 상기 반사방지층의 두께를 나타내고, 상기 함수 f(x)는 선형인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 인캡슐레이션 물질은 상기 반사방지층의 제 2 면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  10. 광 방사에 대하여 적어도 부분적으로 투명하고 제 1 면, 제 2 면 및 제 1 굴절율을 갖는 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판의 제 1 면 상에, 인가되는 전압에 응답하여 발광하는 다이오드 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 제 2 면 상에 반사방지층을 형성하는 단계로서, 상기 반사방지층의 제 1 면에서의 제 1 굴절율과 상기 반사방지층의 제 2 면에서 인캡슐레이션 물질의 굴절율에 대응하는 제 2 굴절율 사이의 값을 갖는 그레이디드 굴절율을 갖는 반사방지층을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 기판은 SiC를 포함하고 상기 반사방지층은 (SiC)x(SiO2)1-x를 포함하거나, 또는 상기 기판은 Al2O3를 포함하고 상기 반사방지층은 (Al2O3)x(SiO2)1-x를 포함하는 발광 장치 형성 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 반사방지층을 형성하는 단계는, 화학 기상 증착(CVD) 및 플라스마 강화 화학 기상 증착(PECVD)으로 이루어지는 공정 군에서 선택되는 하나의 증착 공정을 이용하여 상기 기판 상에 상기 반사방지층을 증착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 반사방지층을 형성하는 단계는, 열 증발(thermal evaporation), e-빔 증발, 스퍼터링, 스핀-코팅, 졸-겔 스핀 코팅, 및 도금으로 이루어지는 공정 군에서 선택되는 하나의 공정을 이용하여 상기 기판 상에 상기 반사방지층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 반사방지층의 제 1 면은 상기 기판의 제 2 면에 접촉하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 반사방지층을 형성하는 단계는 적용 시간 구간 동안 x값을 감소시킴으로써 (SiC)x(SiO2)1-x를 SiC 기판에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, x는 상기 적용 시간 구간의 시작시에 1.0이고, x는 상기 적용 시간 구간의 종료시에 0인 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 반사방지층을 형성하는 단계는 적용 시간 구간 동안 x값을 감소시킴으로써 (Al2O3)x(SiO2)1-x를 Al2O3 기판에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, x는 상기 적용 시간 구간의 시작시에 1.0이고, x는 상기 적용 시간 구간의 종료시에 0인 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 반사방지층은 (SiC)x(SiO2)1-x 또는 (Al2O3)x(SiO2)1-x 대신에 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  19. 제 10 항에 있어서, 상기 기판은 SiC를 포함하고, 상기 제 1 굴절율은 2.6이고, 상기 제 2 굴절율은 1.5인 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  20. 제 10 항에 있어서, 상기 기판은 Al2O3를 포함하고, 상기 제 1 굴절율은 1.8이고, 상기 제 2 굴절율은 1.5인 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  21. 제 10 항에 있어서, 상기 그레이디드 굴절율은 함수 f(x)로 표현되고, x는 상기 반사방지층의 제 1 면에서 시작하여 상기 반사방지층의 제 2 면에서 끝나는, 상기 반사방지층의 두께를 나타내고, 상기 함수 f(x)는 선형인 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  22. 삭제
  23. 제 10 항에 있어서, 상기 반사방지층의 제 2 면 상에 상기 인캡슐레이션 물질을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  24. 광 방사에 대하여 적어도 부분적으로 투명하고 제 1 면, 제 2 면 및 제 1 굴절율을 갖는 기판;
    상기 기판의 제 1 면 상에 위치하고, 인가되는 전압에 응답하여 발광하도록 구성된 다이오드 영역; 및
    상기 기판의 제 2 면 상에 위치하는 반사방지층으로서, 상기 반사방지층의 제 1 면에서의 제 1 굴절율과 상기 반사방지층의 제 2 면에서 공기와 관련되는 제 2 굴절율 사이의 값을 갖는 그레이디드 굴절율을 갖는 반사방지층
    을 포함하고,
    상기 기판은 SiC를 포함하고 상기 반사방지층은 (SiC)x(SiO2)1-x를 포함하거나, 또는 상기 기판은 Al2O3를 포함하고 상기 반사방지층은 (Al2O3)x(SiO2)1-x를 포함하는 발광 장치.
  25. 제 24 항에 있어서, x는 상기 반사방지층의 제 1 면에서 1.0이고, 상기 반사방지층의 제 2 면에서 0인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 반사방지층은 (SiC)x(SiO2)1-x 또는 (Al2O3)x(SiO2)1-x 대신에 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  27. 제 24 항에 있어서, 상기 기판은 SiC를 포함하고, 상기 제 1 굴절율은 2.6이고, 상기 제 2 굴절율은 1.5인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  28. 제 24 항에 있어서, 상기 기판은 Al2O3를 포함하고, 상기 제 1 굴절율은 1.8이고, 상기 제 2 굴절율은 1.5인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  29. 제 24 항에 있어서, 상기 그레이디드 굴절율은 함수 f(x)로 표현되고, x는 상기 반사방지층의 제 1 면에서 시작하여 상기 반사방지층의 제 2 면에서 끝나는, 상기 반사방지층의 두께를 나타내고, 상기 함수 f(x)는 선형인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  30. 삭제
  31. 광 방사에 대하여 적어도 부분적으로 투명하고 제 1 면, 제 2 면 및 제 1 굴절율을 갖는 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판의 제 1 면 상에, 인가된 전압에 응답하여 발광하는 다이오드 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 제 2 면 상에 반사방지층을 형성하는 단계로서, 상기 반사방지층의 제 1 면에서의 제 1 굴절율과 상기 반사방지층의 제 2 면에서 공기와 관련되는 제 2 굴절율 사이의 값을 갖는 그레이디드 굴절율을 갖는 반사방지층을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 기판은 SiC를 포함하고 상기 반사방지층은 (SiC)x(SiO2)1-x를 포함하거나, 또는 상기 기판은 Al2O3를 포함하고 상기 반사방지층은 (Al2O3)x(SiO2)1-x를 포함하는 발광 장치 형성 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 반사방지층을 형성하는 단계는, 화학 기상 증착(CVD) 및 플라스마 강화 화학 기상 증착(PECVD)으로 이루어지는 공정 군에서 선택되는 하나의 증착 공정을 이용하여 상기 기판 상에 상기 반사방지층을 증착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  33. 제 31 항에 있어서, 상기 반사방지층을 형성하는 단계는, 열 증발(thermal evaporation), e-빔 증발, 스퍼터링, 스핀-코팅, 졸-겔 스핀 코팅, 및 도금으로 이루어지는 공정 군에서 선택되는 하나의 공정을 이용하여 상기 기판 상에 상기 반사방지층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  34. 제 31 항에 있어서, 상기 반사방지층을 형성하는 단계는 시간 구간 동안 x값을 감소시킴으로써 (SiC)x(SiO2)1-x를 SiC 기판에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  35. 제 34 항에 있어서, x는 상기 시간 구간의 시작시에 1.0이고, x는 상기 시간 구간의 종료시에 0인 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  36. 제 31 항에 있어서, 상기 반사방지층을 형성하는 단계는 시간 구간 동안 x값을 감소시킴으로써 (Al2O3)x(SiO2)1-x를 Al2O3 기판에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  37. 제 36 항에 있어서, x는 상기 시간 구간의 시작시에 1.0이고, x는 상기 시간 구간의 종료시에 0인 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  38. 제 31 항에 있어서, 상기 반사방지층은 (SiC)x(SiO2)1-x 또는 (Al2O3)x(SiO2)1-x 대신에 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  39. 제 31 항에 있어서, 상기 기판은 SiC를 포함하고, 상기 제 1 굴절율은 2.6이고, 상기 제 2 굴절율은 1.5인 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  40. 제 31 항에 있어서, 상기 기판은 Al2O3를 포함하고, 상기 제 1 굴절율은 1.8이고, 상기 제 2 굴절율은 1.5인 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  41. 제 31 항에 있어서, 상기 그레이디드 굴절율은 함수 f(x)로 표현되고, x는 상기 반사방지층의 제 1 면에서 시작하여 상기 반사방지층의 제 2 면에서 끝나는, 상기 반사방지층의 두께를 나타내고, 상기 함수 f(x)는 선형인 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  42. 삭제
  43. 기판;
    상기 기판의 제 1 면 상에 위치하고, 인가되는 전압에 응답하여 발광하도록 구성된 다이오드 영역;
    상기 다이오드 영역 상에 위치하고 제 1 굴절율을 갖는 광추출층; 및
    상기 광추출층 상에 위치하는 반사방지층으로서, 상기 반사방지층의 제 1 면에서의 제 1 굴절율과 상기 반사방지층의 제 2 면에 이웃하는 제 2 매질과 관련되는 제 2 굴절율 사이의 값을 갖는 그레이디드 굴절율을 갖는 반사방지층
    을 포함하고,
    상기 기판은 SiC를 포함하고 상기 반사방지층은 (SiC)x(SiO2)1-x를 포함하거나, 또는 상기 기판은 Al2O3를 포함하고 상기 반사방지층은 (Al2O3)x(SiO2)1-x를 포함하고, 상기 광추출층은 광 방사에 대해 적어도 부분적으로 투명한 발광 장치.
  44. 제 43 항에 있어서, 상기 광추출층은 백금으로 이루어지고, 상기 제 1 굴절율은 2.33인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  45. 제 43 항에 있어서, 상기 제 2 매질은 공기를 포함하고, 상기 제 2 굴절율은 1.0인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  46. 제 43 항에 있어서, 상기 제 2 매질은 인캡슐레이션 물질을 포함하고, 상기 제 2 굴절율은 1.5인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  47. 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판의 제 1 면 상에 위치하고, 인가되는 전압에 응답하여 발광하도록 구성된 다이오드 영역을 형성하는 단계;
    상기 다이오드 영역 상에 위치하고 제 1 굴절율을 갖는 광추출층을 형성하는 단계; 및
    상기 광추출층 상에 위치하는 반사방지층으로서, 상기 반사방지층의 제 1 면에서의 제 1 굴절율과 상기 반사방지층의 제 2 면에 이웃하는 제 2 매질과 관련되는 제 2 굴절율 사이의 값을 갖는 그레이디드 굴절율을 갖는 반사방지층을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 기판은 SiC를 포함하고 상기 반사방지층은 (SiC)x(SiO2)1-x를 포함하거나, 또는 상기 기판은 Al2O3를 포함하고 상기 반사방지층은 (Al2O3)x(SiO2)1-x를 포함하고, 상기 광추출층은 광 방사에 대해 적어도 부분적으로 투명한 발광 장치 형성 방법.
  48. 제 47 항에 있어서, 상기 광추출층은 백금으로 이루어지고, 상기 제 1 굴절율은 2.33인 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  49. 제 47 항에 있어서, 상기 제 2 매질은 공기를 포함하고, 상기 제 2 굴절율은 1.0인 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  50. 제 47 항에 있어서, 상기 제 2 매질은 인캡슐레이션 물질을 포함하고, 상기 제 2 굴절율은 1.5인 것을 특징으로 하는 발광 장치 형성 방법.
  51. 삭제
  52. 삭제
  53. 삭제
  54. 삭제
  55. 삭제
  56. 삭제
  57. 삭제
  58. 삭제
  59. 삭제
  60. 삭제
  61. 삭제
  62. 삭제
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