KR20030071871A - 광 추출 변경을 포함하는 발광 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

발광 다이오드는 마주보는 제1 면과 제2 면을 가지고, 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 기판으로서, 제1 면으로부터 제2 면을 향하여 기판 안으로 신장하는 복수개의 기둥(pedestal)을 단면상으로 정의하도록 패터닝된 기판을 포함한다. 제2 면 상의 다이오드 영역이, 다이오드 영역에 전압을 인가하면, 기판 안으로 상기 소정 파장 대역 안의 광을 발광하도록 구성된다. 기판 반대편, 다이오드 상의 마운팅 써포트(mounting support)가, 다이오드 영역에 전압을 인가하면 다이오드 영역으로부터 기판 안으로 발광되는 광이 제1 면으로부터 발광되도록 다이오드 영역을 지지하게 구성된다. 기판의 제1면은 기판 안에 복수개의 삼각 기둥을 정의하는 복수개의 그루브를 그 안에 포함한다. 그루브는 경사진 측벽 및/또는 빗각 바닥을 포함할 수 있다. 기판의 제1 면도 그 안에 비아홀 어레이를 포함할 수 있다. 비아홀은 경사진 측벽 및/또는 바닥을 가질 수 있다.

Description

광 추출 변경을 포함하는 발광 다이오드 및 그 제조방법{Light emitting diodes including modifications for light extraction and manufacturing methods therefor}
(관련 출원)
본 출원은 2001년 2월 1일에 출원된 "Light Emitting Diode With Optically Transparent Silicon Carbide Substrate"란 제목의 미국 임시 출원 제60/265,707호와, 2001년 7월 23일에 출원된 "Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor"란 제목의 미국 임시 출원 제60/307,235호로부터의 우선권을 주장하며, 상기 두 출원들은 본 명세서에 충분히 개시된 것처럼 원용되어 통합된다.
발광 다이오드는 소비와 상업 분야에서 널리 사용되고 있다. 기술분야의 숙련된 자에게 잘 알려져 있는 것과 같이, 발광 다이오드는 일반적으로 마이크로 전자 기판 상의 다이오드 영역을 포함한다. 마이크로 전자 기판은 예를 들어, 갈륨 아세나이드(gallium arsenide), 갈륨 포스파이드(gallium phosphide), 이들의 합금, 실리콘 카바이드(silicon carbide) 및/또는 사파이어를 포함한다. LED에 있어서의 지속적인 발전은 가시광 스펙트럼 및 그 이상을 커버할 수 있는 상당히 고효율이고 기계적으로 견고한 광원을 초래하였다. 이러한 장점은 고체 소자의 잠재적으로 긴 서비스 수명과 결합되어, 다양한 신규 디스플레이 응용을 가능케 할 수 있고, LED를 잘 정착된 백열등, 형광등과 경쟁하는 위치에 둘 수 있다.
LED의 효율을 측정하는 한가지 척도는 루멘 당 비용(cost per lumen)이다. LED의 루멘 당 비용은 LED 칩 당 제조 비용, LED 물질의 내부 양자 효율과, 생성된 광을 소자 외부로 추출하거나 결합하는 능력의 함수일 수 있다. 광 추출 이슈에 대한 개관은 Stringfellow 등의 "High Brightness Light Emitting Diodes"(Academic Press, 1997)라는 교과서와, 특히 Craford의 "Overview of Device Issues in High-Brightness Light Emitting Diodes"의 제2장 제47-63쪽에서 찾아볼 수 있다.
광 추출은 예를 들어 다이오드 영역과 기판을 제조하는 데 이용된 물질에 의존하여 여러 가지 방법으로 달성되어 왔다. 예컨대, 갈륨 아세나이드와 갈륨 포스파이드 물질계에서, 두꺼운 p-형 상측 윈도우 층(window layer)이 광 추출을 위해 사용될 수 있다. 갈륨 아세나이드/갈륨 포스파이드 물질계에서 액상 및/또는 기상 에피택시를 이용하면 빠른 에피택셜 성장 속도가 가능해질 수 있기 때문에 p-형 윈도우 층을 성장시킬 수 있다. 게다가, p-형 상측 윈도우 층의 전기전도도에 기인해 전류 확산(current spreading)이 달성될 수 있다. 기판이 광학적으로 흡수성이라면, 높은 식각율과 높은 식각선택비를 가진 화학 식각이 기판의 적어도 일부를제거하도록 이용될 수도 있다. 발광 영역과 흡광 영역을 분리하기 위해서, 분산 브라그 반사막(distributed Bragg reflector)도 흡수성 기판과 다이오드 영역 사이에 성장시킬 수 있다.
광 추출을 위한 다른 접근방법은 다이오드 영역 및/또는 기판을 기계적으로 성형하거나 텍스쳐링(texturing)하는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 추출 효율의 더 나은 개선을 허용할 수 있는 다른 광 추출 기술을 제공하는 것이 요구될 수 있다. 뿐만 아니라, 대형 LED를 제공하기 위해서 LED 칩의 면적을 0.1mm2에서 더 넓은 면적으로 증가시킬 것이 요구될 수 있다. 불행하게도, 더 높은 전력/세기 및/또는 다른 응용을 위해 칩 치수가 확대됨에 따라, 이러한 성형 기술의 유효성은 유지되지 못할 수도 있다.
개발에 있어서의 관심사와 상업적인 활동은 실리콘 카바이드 상이나 내부에 제조되는 LED로 최근 집중되고 있는데, 이것은 이러한 LED가 가시광 스펙트럼의 청색/녹색 영역의 발광을 할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 본 출원의 양수인에게 양도된 Edmond 등의 미국 특허 제5,416,342호 "Blue Light-Emitting Diode With High External Quantum Efficiency" 참조. 이것은 여기에 충분히 개시된 것처럼 원용되어 통합된다. 실리콘 카바이드 기판 상에 갈륨 나이트라이드계 다이오드 영역을 포함하는 LED에 대한 관심도 많은데, 이것은 이 소자들도 고효율의 발광을 할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 여기에 충분히 개시된 것처럼 원용되어 통합된 Linthicum 등의 미국 특허 제6,177,688호 "Pendeoepitaxial Gallium NitrideSemiconductor Layers On Silicon Carbide Substrates" 참조.
이러한 실리콘 카바이드 LED 또는 실리콘 카바이드 상의 갈륨 나이트라이드 LED에서는, 종래의 광 추출 기술을 사용하는 것이 어려울 수 있다. 예컨대, 갈륨 나이트라이드의 성장 속도가 비교적 느리기 때문에 두꺼운 p-형 윈도우 층을 사용하는 것이 어려울 수 있다. 또한, 이러한 LED가 브라그 반사막의 사용 및/또는 기판 제거 기술로부터 이득을 볼 수 있음에도 불구하고, 기판과 갈륨 나이트라이드 다이오드 영역 사이에 반사막을 제조하는 것 및/또는 실리콘 카바이드 기판의 적어도 일부를 식각하는 것이 어려울 수 있다.
본 명세서에 충분히 개시된 것처럼 원용되어 통합되며 본 출원의 양수인에게 양도된 Edmond 등의 미국 특허 제4,966,862호 "Method of Production of Light Emitting Diodes"는, 반도체 물질로 된 단일 기판 상에 복수개의 발광 다이오드를 제조하는 방법을 기술한다. 이 방법은 기판이 동일한 반도체 물질로 된 에피택셜층을 포함하는 구조에 적용되는데, 에피택셜층은 p-n 접합을 정의하는 p-형과 n-형 물질층을 포함한다. 에피택셜층과 기판은 개개의 다이오드 프리커서(precursor)를 정의하기 위해 소정 패턴으로, 그리고 각 다이오드 프리커서 안의 p-n 접합을 다른 것으로부터 분리하는 메사(mesa)를 에피택셜층 안에 형성하기 충분한 깊이로 식각된다. 다음에, 기판은 기판 안에 다이오드 프리커서의 측면부를 정의하기 위해 에피택셜층의 측면으로부터 메사 사이에 소정 깊이로 그루브(groove)가 형성되는데, 그루브 아래에는 충분한 두께의 기판을 남겨 기계적인 안정성을 유지하도록 한다. 오믹 콘택이 에피택셜층과 기판에 추가되며 절연층이 다이오드 프리커서 상에 형성된다. 절연층은 오믹 콘택으로 피복되지 않은 에피택셜층, 메사 부근의 기판 일 표면, 그리고 기판의 측면부를 피복한다. 결과적으로, 접합과 각 다이오드의 기판의 측면부가 오믹 콘택에 의한 것을 제외하고는 전기 콘택으로부터 절연된다. 다이오드가 분리될 때, 일반적으로 전도성 에폭시 안으로 접합이 아래쪽을 향하여 실장(mount)될 수 있는데, 에폭시가 결과물 다이오드에 단락 회로를 일으킬 염려는 없다. 미국 특허 제4,966,862호의 요약서 참조.
본 명세서에 충분히 개시된 것처럼 원용되어 통합되며 본 출원의 양수인에게 양도된 Carter, Jr.의 미국 특허 제5,210,051호 "High Efficiency Light Emitting Diodes From Bipolar Gallium Nitride"는, 7×1017cm3이하의 도너 농도를 가지는, 실질적으로 비도핑된 진성 단결정 갈륨 나이트라이드 성장 방법을 기술한다. 이 방법은 성장 표면을 포함하는 반응 챔버에 질소 소스를 도입하면서 그 반응 챔버에 갈륨 소스를 도입하고 질소 원자와 갈륨 원자를 갈륨 나이트라이드가 성장될 성장 표면을 향하게 하는 단계를 포함한다. 이 방법은 양호한 결정성을 달성할 수 있도록, 성장 표면에 충돌하는 갈륨과 질소 원자가 적합한 격자 위치로 도달하고 움직이기 충분한 표면 이동도를 제공하고, 효과적인 점착 계수를 얻고, 이로써 갈륨 나이트라이드 에피택셜층을 성장 표면 위에 성장시키기 위해, 충분히 높은 온도로 성장 표면을 유지하는 동시에, 반응 챔버 안의 질소 종의 분압이 다른 분위기 조건 하의 챔버 안의 갈륨 나이트라이드에 대한 질소 종의 평형 증기압에 도달함으로써 갈륨 나이트라이드로부터의 질소 손실을 최소화하고 결과적인 에피택셜층에 질소공공(vacancy)을 최소화하기 위해, 충분히 낮은 온도로 유지하는 단계를 더 포함한다. 미국 특허 제5,210,051호의 요약서 참조.
상술한 논의로부터, 개선된 광 추출 기술이 LED, 특히 실리콘 카바이드로부터 만들어지는 LED, 실리콘 카바이드 상의 갈륨 나이트라이드로부터 만들어지는 LED 및/또는 비교적 넓은 면적을 가지는 LED를 위해 바람직할 수 있다.
본 발명은 마이크로 전자 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)와 그 제조방법에 관한 것이다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면도들이다.
도 6은 다양한 도핑 농도에 대해 실리콘 카바이드의 파장 대 광 흡수를 그래프적으로 도시한 것이다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 상면도이고, 도 7b와 도 7c는 도 7a의 7B-7B' 단면도들이다.
도 8a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 상면도이고, 도 8b와 도 8c는 도 8a의 8B-8B' 단면도들이다.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면도들이다.
도 14a는 도 14b의 14A-14A' 단면도인데, 도 14b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 저면도이다.
도 15a는 도 15b의 15A-15A' 단면도인데, 도 15b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 저면도이다.
도 16, 도 17a 및 도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면도들이다.
도 17b는 본 발명의 실시예에 따른 도 17a의 상면도이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따라 발광 다이오드를 제조하는 방법을 도시한순서도이다.
본 발명의 몇 가지 실시예에 따른 발광 다이오드는 마주보는 제1 면과 제2 면을 가지고, 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 기판으로서, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면을 향하여 상기 기판 안으로 신장하는 복수개의 기둥(pedestal)을 단면상으로 정의하도록 패터닝된 기판을 포함한다. 여기에 사용된 것과 같이, "투명한"이라는 용어는 소정 파장 대역 안의 광 방사의 전부 또는 일부를 통과시키는, 바꾸어 말하면 불투명하지 않은, 기판, 층 또는 영역과 같은 요소를 의미한다. 상기 제2 면 상의 다이오드 영역이, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면, 상기 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 상기 기판 안으로 상기 소정 파장 대역 안의 광을 발광하도록 구성된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 기판 반대편으로, 상기 다이오드 영역 상에 마운팅 써포트(mounting support)가, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면 상기 다이오드 영역으로부터 상기 기판 안으로 발광되는 광이 상기 제1 면으로부터 발광되도록, 상기 다이오드 영역을 지지하게 구성된다. 몇 가지 실시예에 있어서, 기둥을 가진 투명 기판 상의 상기 발광 다이오드가 상기 기판을 통해 발광하도록, 상기 기판이 마운팅 써포트 반대편을향하고 상기 다이오드 영역이 상기 마운팅 써포트 쪽으로 위치한 상태로 상기 마운팅 써포트 상에 플립(flip)-실장된다. 다른 실시예에 있어서, 기둥을 가진 투명 기판 상의 상기 발광 다이오드가, 상기 다이오드 영역이 마운팅 써포트 반대편을 향하고 상기 기판이 상기 마운팅 써포트 쪽으로 위치한 상태로 상기 마운팅 써포트 상에 실장된다. 따라서, 논-플립-칩(non-flip-chip) 또한 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 마운팅 써포트와 상기 다이오드 영역 또는 상기 기판 사이에 반사막이 제공될 수도 있다. 상기 반사막은, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면, 상기 다이오드 영역으로부터 발광되는 광을 상기 복수개의 기둥으로부터 상기 기판을 통해서 상기 다이오드 영역 안으로 반사하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 투명 전극이 상기 다이오드 영역과 상기 반사막 사이에 제공될 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 솔더 프리폼(solder preform) 및/또는 다른 본딩 영역이 상기 반사막과 상기 마운팅 써포트 및/또는 윈도우나 렌즈와 같은 광학 요소 사이에 상기 다이오드 영역 반대편, 상기 제1 면 쪽에 제공될 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 다이오드 영역은 주변 부분과, 상기 주변 부분으로 둘러싸인 적어도 하나의 중심 부분을 포함하고, 상기 발광 다이오드는 상기 다이오드 영역 상에, 상기 적어도 하나의 중심 부분 안에 구속되고 상기 주변 부분 상으로는 신장하지 않는 적어도 하나의 전극을 포함한다. 상기 중심 부분이 상기 다이오드 영역 상에 중심을 둘 필요는 없음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, LED의 상기 기판 및/또는 상기 다이오드영역을 위한 콘택 구조는 투명 오믹 영역, 반사막, 장벽 영역 및 본딩 영역을 포함한다. 상기 투명 오믹 영역은 전기적 콘택 및/또는 전류 확산을 제공한다. 상기 반사막은 입사 방사(incident radiation)의 적어도 일부를 반사하며 전류 확산도 제공할 수 있다. 상기 장벽 영역은 상기 반사막 및/또는 상기 오믹 영역을 보호한다. 상기 본딩 영역은 LED 패키지를 마운팅 써포트에 결합시킨다. 몇 가지 실시예에 있어서, 상기 투명 오믹 영역과 상기 반사막의 기능은 하나의 오믹 반사막 영역으로 결합될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 따른 콘택 구조는 종래의 실리콘 카바이드 LED, 실리콘 카바이드 LED 상의 갈륨 나이트라이드 및/또는 다른 LED에 이용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 면은 상기 기판 안에 삼각 기둥과 같은 기둥을 복수개 정의하는 적어도 하나의 그루브를 포함할 수 있다. 상기 그루브는 경사진(tapered) 측벽 및/또는 빗각(다른 말로, 비스듬한)(beveled) 바닥을 포함할 수 있다. 상기 기판의 상기 제1 면과 제2 면은 정방형 둘레를 가질 수 있다. 그리고/또는 상기 기판의 상기 제1 면은 텍스쳐(texture)되어 있을 수 있다. 상기 발광 다이오드는 복수개의 발광 영역 및/또는 상기 다이오드 영역 상의 전극을 더 포함할 수 있는데, 그 각각은 상기 기둥 각각 안에 구속되고 상기 기둥 각각을 넘어서는 신장하지 않는다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 면은 상기 기판 안에 비아홀 어레이를 포함한다. 상기 비아홀은 경사진 측벽 및/또는 바닥을 포함할 수 있다. 상기 비아홀은 상기 기판 일부 깊이까지만 신장하는 것이 바람직하지만, 다른 실시예에서는 상기 기판을 관통하여 신장할 수 있다. 상기 기판의 상기 제1 면과 제2 면은 정방형 둘레를 가질 수 있다. 그리고/또는 상기 기판의 상기 제1 면은 텍스쳐되어 있을 수 있다. 상기 발광 다이오드는 상기 비아홀 어레이와 중첩되지 않는 적어도 하나의 전극을 상기 다이오드 영역 상에 더 포함할 수 있다.
상기 기둥 및/또는 비아홀 어레이는 실리콘 카바이드 또는 비-실리콘 카바이드 기판을 포함하는 발광 다이오드로부터의 광 추출을 개선하기 위하여 실리콘 카바이드 또는 비-실리콘 카바이드 기판에 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 상술한 전극 또한 비-실리콘 카바이드 기판을 포함하는 발광 다이오드에 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판의 상기 제1 면이 상기 제2 면보다 작은 표면 면적을 가지고, 상기 다이오드 영역이 상기 제2 면 상에 있을 때, 상기 제1 면의 작은 면적 안에 구속된 발광 영역이 상기 다이오드 영역 상에 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 발광 다이오드는 마주보는 제1 면과 제2 면을 가지는 기판으로서, 보상된(compensated) 무색 실리콘 카바이드 기판, 및 상기 제2 면 상의 갈륨 나이트라이드계 다이오드 영역으로서, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면 상기 기판 안으로 광을 발광하도록 구성된 다이오드 영역을 포함한다. 마운팅 써포트, 반사막, 콘택 구조, 그루브, 기둥, 텍스쳐링 및/또는 구속된 발광 영역/전극이 앞에서 언급한 실시예 중의 어느 하나에 따라 제공될 수 있다.
따라서, 상술한 실시예 중의 많은 것이 상기 다이오드 영역에 의해 상기 기판 안으로 발광된 광의 적어도 일부를 상기 기판으로부터 추출하는 추출 수단의 실시예를 포함한다. 추출을 위한 이러한 수단의 예는 무색의 실리콘 카바이드 기판을 제공하기 위해 상기 실리콘 카바이드 안의 도펀트를 보상하는 것, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면을 향하여 상기 기판 안으로 신장하는 복수개의 기둥을 단면상으로 정의하도록 상기 기판을 패터닝하는 것, 및/또는 마운팅 써포트, 반사막, 콘택 구조, 그루브, 기둥, 텍스쳐링 및/또는 구속된 발광 영역/전극을 포함하는 상술한 다른 실시예 중의 많은 실시예를 포함한다.
본 발명의 몇 가지 실시예에 따라, 마주보는 제1 면과 제2 면을 가지고, 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 기판의 상기 제2 면 상에, 상기 소정 파장 대역 안의 광을 발광하도록 구성된 다이오드 영역을 형성함으로써 발광 다이오드를 제조할 수 있다. 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면을 향하여 상기 기판 안으로 신장하는 복수개의 기둥을 단면상으로 정의하기 위하여, 상기 다이오드 영역을 형성하기 전이나 형성하는 동안, 또는 형성한 다음에 상기 기판을 패터닝한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 다이오드 영역으로부터 상기 기판 안으로 발광되는 광이 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면 상기 제1 면으로부터 발광되도록 상기 다이오드 영역을 지지하게 구성된 마운팅 기판 상으로 상기 다이오드 영역을 실장한다. 상기 실장하는 단계 전에, 상기 다이오드 영역 상에, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면 상기 다이오드 영역으로부터 발광되는 광을 상기 제1 면으로부터 상기 기판을 통해서 상기 다이오드 영역 안으로 반사하도록 구성된 반사막을 형성하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 반사막을 형성하는 단계 전에, 상기 기판 반대편, 상기 다이오드 영역 상에 투명 전극도 형성할 수 있다. 장벽 영역 및/또는 접착 영역도 상기 반사막을 형성한 다음 형성할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 장벽 영역 및/또는 접착 영역을 사이에 두고 상기 반사막 쪽에 마운팅 써포트를 형성할 수 있고, 상기 LED를 상기 마운팅 써포트에 접착한다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 다이오드 영역 상에, 상기 중심 부분 안에 구속되고 그 주변 부분을 넘어서는 신장하지 않는 전극을 형성한다.
다른 방법 실시예는 상기 기판 안에 삼각 기둥과 같은 복수개의 기둥을 정의하도록, 복수개의 교차하는 그루브를 상기 기판의 상기 제1 면 안에 형성하는 단계를 포함한다. 상기 그루브는 경사 측벽 및/또는 빗각 바닥을 포함할 수 있다. 상기 기판의 상기 제1 면을 텍스쳐링할 수도 있다. 복수개의 전극을 상기 다이오드 영역 상에 형성할 수도 있다. 몇 가지 실시예에 있어서, 상기 전극의 각각은 상기 기둥 각각 안에 구속되어 상기 기둥 각각을 넘어서는 신장하지 않는다.
본 발명에 따른 또 다른 방법 실시예는 상기 기판의 상기 제1 면 안으로 비아홀 어레이를 반응성 이온 에칭하는 단계를 포함한다. 상기 비아홀은 경사진 측벽 및/또는 바닥을 포함할 수 있다. 상기 제1 면은 텍스쳐될 수도 있다. 상기 다이오드 영역 상에, 상기 비아홀 어레이와 중첩되지 않는 전극을 형성할 수 있다.
상기 제1 면으로 교차하는 복수개의 그루브를 자르거나 비아홀 어레이를 반응성 에칭하는 것은 실리콘 카바이드 또는 비-실리콘 카바이드 기판을 포함하는 발광 다이오드로부터 개선된 광 추출을 허용하도록 실리콘 카바이드 또는 비-실리콘 카바이드 기판을 포함하는 발광 다이오드에 이용될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 제1 면의 좁은 면적 안에 구속되는 발광 영역을 상기 다이오드 영역 상에 형성하는것도 종래의 발광 다이오드로부터의 개선된 광 추출을 허용하도록 종래 발광 다이오드에 이용될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 층 또는 영역들의 크기는 설명을 위한 목적으로 과장되어진 것이다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 층, 영역 또는 기판과 같은 어떤 요소가 다른 요소의 "위(상)"에 있다 또는 "위(상)로" 신장한다라고 기재된 경우, 상기 요소가 상기 다른 요소의 위에 직접 존재하거나 상기 다른 요소의 위로 직접 신장하거나, 그 사이에 제3의 다른 요소들이 개재된 경우로 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 요소가 다른 요소의 "직접 위(상)"에 있다 또는 "직접 위(상)로" 신장한다라고 기재된 경우, 그 사이에 개입되는 다른 요소는 없다. 뿐만 아니라, 여기에 개시된 각 실시예는 그것의 반대되는 도전형 실시예 또한 포함한다.
본 발명의 실시예는 대체적으로 실리콘 카바이드계 기판 상의 갈륨 나이트라이드계 발광 다이오드를 참조하여 기술될 것이다. 그러나, 발광된 광에 대해 비-흡수성이고 투명한 기판과, 굴절률이 정합(match)된 발광 다이오드 에피택셜층을 임의로 조합하여도 본 발명의 많은 실시예가 구현될 수 있음이 기술분야의 숙련된 자에게 이해될 수 있을 것이다. 몇 가지 실시예에 있어서, 기판의 굴절률은 다이오드의 굴절률보다 크다. 따라서, 조합은 GaP 기판 상의 AlGaInP 다이오드, GaAs 기판 상의 InGaAS 다이오드, GaAs 기판 상의 AlGaAS 다이오드, SiC 기판 상의 SiC 다이오드, 사파이어(Al2O3) 기판 상의 SiC 다이오드, 및/또는 갈륨 나이트라이드(gallium nitride), 실리콘 카바이드, 알루미늄 나이트라이드, 징크 옥사이드(zinc oxide) 및/또는 다른 기판 상의 나이트라이드계 다이오드를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 몇 가지 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 발광 다이오드(100)는 마주보는 제1 면(110a)과 제2 면(110b)을 가지고, 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 실리콘 카바이드 기판(110)을 포함한다. 다이오드 영역(170)이 제2 면(110b) 상에 있고, 상기 다이오드 영역에, 예컨대 오믹 콘택(150, 160)에, 전압을 인가하면, 상기 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 상기 실리콘 카바이드 기판(110) 안으로 상기 소정 파장 대역 안의 광을 발광하도록 구성된다.
계속하여 도 1을 참조하면, 다이오드 영역(170)은 n-형 층(120), 활성 영역(130), 및 p-형 층(140)을 포함한다. 오믹 콘택(150, 160)은 각자 p-형 층(140)과 n-형 층(120)에 형성되어 각기 양극과 음극을 형성한다. n-형 층(120), 활성 영역(130), 및/또는 p-형 층(140)을 포함하는 다이오드 영역(170)은 바람직하게 갈륨 나이트라이드계 반도체층이며, 인듐 갈륨 나이트라이드 및/또는 알루미늄 인듐 갈륨 나이트라이드와 같은 갈륨 나이트라이드계 반도체의 합금을 포함한다.실리콘 카바이드 상에 갈륨 나이트라이드를 제조하는 것은 기술 분야의 숙련된 자에게 알려져 있으며 예를 들면 앞에서 통합시킨 미국 특허 제6,177,688호에 개시되어 있다. 예를 들어 알루미늄 나이트라이드를 포함하는 버퍼층(들)이 예컨대 미국 특허 제5,393,993호, 제5,523,589호, 제6,177,688호 및 "Vertical Geometry InGaN Light Emitting Diode"라는 제목의 미국 출원 번호 제09/154,363호에 개시된 것과 같이, n-형 갈륨 나이트라이드층(120)과 실리콘 카바이드 기판(110) 사이에 제공될 수 있음도 이해될 수 있을 것이다. 이상 언급된 특허와 출원은 본 명세서에 충분히 개시된 것처럼 원용되어 통합된다.
활성 영역(130)은 n-형, p-형 또는 진성 갈륨 나이트라이드계 물질로 된 단일 층, 다른 동종구조, 단일 이종구조, 이중 이종구조 및/또는 양자 우물 구조를 포함할 수 있는데, 이들 모두는 기술 분야의 숙련된 자에게 잘 알려져 있다. 뿐만 아니라, 활성 영역(130)은 하나 이상의 클래딩층으로 둘러싸인 발광층을 포함할 수 있다. 바람직하게, n-형 갈륨 나이트라이드층(120)은 실리콘-도프트 갈륨 나이트라이드로 이루어지고, p-형 갈륨 나이트라이드층(140)은 마그네슘-도프트 갈륨 나이트라이드로 이루어진다. 추가적으로, 활성 영역(130)은 적어도 하나의 인듐 갈륨 나이트라이드 양자 우물을 포함하는 것이 바람직하다.
몇 가지 실시예에 있어서, p-형 갈륨 나이트라이드층(140)을 위한 오믹 콘택(150)은 백금, 니켈 및/또는 티타늄/금을 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 예컨대 알루미늄 및/또는 은을 포함하는 반사 오믹 콘택이 사용될 수 있다. n-형 갈륨 나이트라이드층(120)으로의 오믹 콘택(160)은 알루미늄 및/또는 티타늄을 포함하는 것이 바람직하다. p-형 갈륨 나이트라이드, n-형 갈륨 나이트라이드와 오믹 콘택을 형성하는 다른 적절한 물질이 각 오믹 콘택(150, 160)을 위해 사용될 수 있다. n-형 갈륨 나이트라이드, p-형 갈륨 나이트라이드로의 오믹 콘택의 예가 예를 들어, 미국 특허 제5,767,581호에 개시되어 있고, 그 내용은 본 명세서에 충분히 개시된 것처럼 원용되어 통합된다.
계속하여 도 1을 참조하면, 몇 가지 실시예에 있어서, 기판(110)은 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 실리콘 카바이드 기판을 포함한다. 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 실리콘 카바이드 기판을 제조하는 한 가지 기술은 본 출원의 양수인에게 양도되고 본 명세서에 충분히 개시된 것처럼 원용되어 통합된 미국 특허 제5,718,760호에 기술되어 있다. 실리콘 카바이드 기판(110)은 2H, 4H, 6H, 8H, 15R 및/또는 3C 다형(polytype)을 포함할 수 있다. 6H 및/또는 4H 다형이 광전자 응용을 위해 바람직할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 실리콘 카바이드 기판(110)은 앞에서 인용한 미국 특허 제5,718,760호에 개시된 것과 같은, 보상된 무색 실리콘 카바이드 기판이다. 그 공보에 개시된 것처럼, 무색 실리콘 카바이드는 보상하는 양의 p-형과 n-형 도펀트의 존재 하에 실리콘 카바이드를 승화시켜 제조할 수 있다. 자연에서 나는 실리콘 카바이드는 높은 불순물 농도 때문에 전형적으로 검은색이다. 종래의 마이크로 전자 실리콘 카바이드 웨이퍼는 결정 안의 조절된 도핑 농도에 따라 반투명 청색, 호박색 또는 녹색 빛깔이다. 미국 특허 제5,718,760호에 개시된 것과 같이, 보상하는 농도의 p-형과 n-형 도펀트를 가진 실리콘 카바이드 결정의 도핑을 주의깊게 낮은 도핑 농도로 조절함으로써 무색의 단결정 실리콘 카바이드를 얻을 수 있음이 밝혀졌다. 특히, 물질 안에서 의도하지 않은 질소(n-형) 도핑을 줄이는 것, 바람직하게는 최소로 하는 것이 요구되며, 보상하는 p-형 도펀트를 낮은 농도로 도입함으로써 무색의 실리콘 카바이드를 제조할 수 있다.
도 6에 도시한 것과 같이, 4H-SiC는 460nm 부근의 흡수 피크로써 평가될 수 있다. 도 6은 흡수 피크가 실질적으로 감소되도록 4H-SiC에서 도핑 농도를 감소시킴으로써 460nm 근처에서 4H-SiC가 투명해짐을 보여준다. 4H-HD라고 표시된 곡선은 약 2.5×1018의 유효 도너 농도로 도핑된 4H 실리콘 카바이드에서 측정한 흡수치를 나타내는 반면, 4H-LD라고 지시된 곡선은 약 5×1017의 유효 도너 농도로 도핑된 4H 실리콘 카바이드에서 측정한 흡수치를 나타낸다. 도핑 농도를 더 감소시키면 더 낮은 흡수 레벨을 초래할 수 있다. 6H라고 지시된 곡선도 460nm 근처에서 투명한 기판을 나타낸다.
본 발명의 몇 가지 실시예에 따라, 예컨대 미국 특허 제5,718,760호와 그 공보에 인용된 문헌에 개시된 방법에 따라 성장된 무색의 실리콘 카바이드는 공정을 위한 웨이퍼로 절단될 수 있다. 갈륨 나이트라이드계 에피택셜층이 웨이퍼 상에, 예컨대 미국 특허 제6,177,688호에 개시된 것과 같은 방법으로 형성될 수 있고 그런 다음, 도 1에 도시한 것과 같은 구조를 형성하기 위해 처리될 수 있다.
실리콘 카바이드 기판을 가지는 LED에 있어서, 여러 가지 이유로 인해, 활성층에서 발생된 광이 기판 안으로 들어가는 것을 방지하는 것이 전에는 바람직하였을 것이다. 예를 들어, 실리콘 카바이드가 갈륨 아세나이드에 비하여 상당히 투명하지만, 종래의 실리콘 카바이드 기판은 가시광 스펙트럼 일부의 광을 흡수할 수 있다. 뿐만 아니라, 종래의 실리콘 카바이드 소자는 기판이 아래쪽을 향하게 실장되는 종형(vertical) 소자이기 때문에, 기판으로 들어가는 빛 일부는 소자로부터 추출되기 전에 기판을 통하여 반사될 수 있어, 기판 안에서의 흡수 손실을 증가시킨다. 반사 손실도 소자의 전체적인 효율을 감소시킨다.
갈륨 나이트라이드와 실리콘 카바이드는 비슷한 굴절률을 가진다. 상세하게는, 갈륨 나이트라이드는 약 2.5의 굴절률을 가지고 실리콘 카바이드는 약 2.6-2.7의 굴절률을 가진다. 이러한 의미에서, 갈륨 나이트라이드와 실리콘 카바이드는 광학적으로 정합되었다고 말할 수 있다. 따라서, 갈륨 나이트라이드와 실리콘 카바이드 사이의 계면에서는 매우 적은 내부 반사가 일어날 것이다. 결과적으로, 갈륨 나이트라이드계 층 안에서 발생된 광이 실리콘 카바이드 기판을 통과하는 것을 막는 것은 어려울 것이다.
예컨대 미국 특허 제5,718,760호에 개시된 방법에 따라 성장된 보상된 무색의 실리콘 카바이드 기판을 제공함으로써, 실리콘 카바이드 기판 안에서의 가시광 흡수가 감소될 수 있다. 기술분야의 숙련된 자에게 잘 알려져 있는 것처럼, 흡수 손실은 이른바 "비더만 효과(Biedermann Effect)"에 기인하여, 도핑이 증가할수록 증가할 것이다. 결과적으로, 기판으로부터 가시광을 추출하는 것은 도핑이 감소되고 바람직하게는 최소화되었을 때 향상될 수 있고, 이로써 소자의 전체적인 효율을 증가시킬 수 있다. 실리콘 카바이드와는 대조적으로, 사파이어는 약 1.8의 굴절률을 가진다. 따라서, 사파이어계 갈륨 나이트라이드 LED 안에서, 갈륨 나이트라이드 활성층 안에서 발생된 광의 많은 부분이 기판으로 통과되지 않고 기판으로부터 멀리 반사된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 실리콘 카바이드 기판의 도핑은 다른 파장은 흡수될지라도 소자의 다이오드 영역(170) 안에서 발생되는 광의 파장 대역은 기판(110)에 의해 흡수되지 않도록 조절될 수 있다. 따라서, 실리콘 카바이드 기판의 흡수 특성은 원하는 파장의 광을 통과시키도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 활성 영역(130)은 450nm 부근의 청색광을 발광하도록 디자인될 수 있다. 실리콘 카바이드 기판(110)의 도핑은 대략 450nm의 파장을 가지는 광선이 기판(110)에 의해 거의 흡수되지 않도록 조절될 수 있다. 따라서, 기판이 전적으로 무색이지 않고 다른 파장을 흡수할지라도, 관심이 있는 파장, 다시 말해 LED 영역(170)에서 발생된 파장에 대해서는 투명할 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 약 390-550nm 범위 안의 광에 대해 기판이 투명하도록, 실리콘 카바이드 기판(110)의 밴드갭 및/또는 도핑을 조절한다.
따라서, 몇 가지 실시예에 있어서는, 기판(110)은 소자에 의한 광 출력의 스펙트럼 순도를 개선하는 필터로 생각될 수 있다. 예를 들어, 갈륨 나이트라이드계 청색 LED가 원하는 발광 이외에도 원하지 않는 자외선(UV) 스펙트럼의 발광을 할 수 있다는 것이 기술분야의 숙련된 자에게 알려져 있다. 이러한 UV 발광은 낮은 전력 레벨에서조차 바람직하지 않을 수 있는데, 이것은 UV 발광이 LED를 패키징하는 플라스틱 물질을 열화시킬 수 있기 때문이다. 이는 신뢰성 문제 및/또는 감소된 수명을 초래할 수 있다. 6H 실리콘 카바이드가 UV 광을 흡수한다는 것도 알려져 있다. 따라서, 원하지 않는 UV 발광을 걸러내는 6H 실리콘 카바이드 기판을 통해 광을 추출하는 것이 바람직할 수 있다.
일반적으로 행해지고 있는 것처럼, 광이 기판으로 들어가는 것을 저지하거나 차단하는 대신에, 본 발명의 실시예는 다이오드 영역(170)에서 발생된 광이 기판(110) 안으로 들어가는 것을 장려하는데, 그곳에서 가장 효율적으로 추출될 수 있다. 이렇게 하여, 본 발명의 몇 가지 실시예는 다이오드 영역에 의해 기판으로 들어가는 광의 적어도 일부를 기판으로부터 추출하는 수단을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 몇 가지 실시예는 도 2와 관련하여 후술하는 이른바 "플립-칩" 또는 "뒤집혀진(upside-down)" 패키징 모양에 사용하기에 특히 적합할 수 있다. 본 발명의 실시예는 도 16과 관련하여 후술하는 종래의 "똑바로 선(right-side-up)" 또는 "논-플립-칩" 패키징에 이용될 수도 있다.
이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 2에서, 발광 다이오드(200)는 본딩 영역(220, 230)을 사용하여 히트 씽크(heat sink)와 같은 마운팅 써포트(210) 상에 플립-칩, 또는 뒤집혀져서 실장되어 있다. 본딩 영역(220, 230)은 다이오드 영역 및/또는 마운팅 써포트(210)에 부착되고, 종래의 솔더 리플로우 기술을 사용하여 오믹 콘택(150, 160)을 마운팅 써포트(210)에 부착하도록 리플로우될 수 있는 솔더 프리폼을 포함할 수 있다. 다른 본딩 영역(220, 230)은 금, 인듐 및/또는 브레이즈를 포함할 수 있다. 도 2에 또한 도시한 것과 같이, 플립-칩 또는 뒤집혀진 패키징 모양은 실리콘 카바이드 기판(110)을 상측으로 하여 마운팅 써포트(210) 반대로 위치시키며, 다이오드 영역(170)을 하측으로 하여 마운팅 써포트(210) 쪽에 위치시킨다. 장벽 영역(미도시)도 각각의 오믹 콘택(150, 160)과 각각의 본딩 영역(220, 230) 사이에 포함될 수 있다. 장벽 영역은 니켈, 니켈/바나듐 및/또는 티타늄/텅스텐을 포함할 수 있다. 다른 장벽 영역도 사용될 수 있다.
계속하여 도 2를 참조하면, 광선(250)으로 도시한 것과 같이, 활성 영역(130) 안에서 발생된 광은 기판(110)으로 들어가고 기판(110)의 제1 면(110a)으로부터 소자를 벗어난다. 활성 영역(130) 안에서 발생된 광이 기판(110)으로 들어가는 것을 장려하기 위해서, 기판(110) 반대편에, 활성 영역(130)과 마운팅 써포트(210) 사이에 위치하도록 반사막(240)이 제공될 수 있다. 반사막(240)은 도 2에 도시한 것과 같이 활성 영역(130)과 p-형 층(140) 사이에 위치할 수 있다. 그러나, 반사막(240)과 활성 영역(130) 및/또는 p-형 층(140) 사이에 하나 이상의 중간층이 개재될 수 있다. 뿐만 아니라, p-형 층(140)이 반사막(240)과 활성 영역(130) 사이에 위치할 수도 있다. 예를 들어 도 16을 참조하여 후술하는 것과 같이, 다른 모양도 제공될 수 있다.
반사막(240)은 활성 영역(130)으로부터의 광을 기판(110)으로 반사할 수 있는 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN)층 및/또는 분산 브라그 반사막을 포함할 수 있다. 브라그 반사막의 디자인과 제조는 예를 들어 본 명세서에 충분히 개시된 것처럼 원용되어 통합된 미국 특허 제6,045,465호에 개시된 것과 같이 기술분야의 숙련자에게 잘 알려져 있다. 반사막은 활성 영역(130) 자체로부터의 광자 방출 패턴을 수정할 수 있고, 이로써 보다 많은 광자가 소자를 빠져나가게 함도 이해할 수 있을 것이다. 다른 종래의 반사막 구조도 사용될 수 있다.
계속하여 도 2를 참조하면, 활성 영역(130)에서 발생된 광이 처음에는 기판(110)에서 멀어지는 방향으로 이동하지만 기판(110)을 지나 반사막(240)에서 반사되어 소자(200)를 벗어나는 것을 도시하기 위한 예시적인 광선(250)이 나타나 있다. 도 2에 도시된 플립-칩 모양에서 광선(250)은 소자를 벗어나기 전에 기판(110)을 지나 한번만 이동할 필요가 있음을 볼 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 LED(200)는 광 발광을 위한 렌즈(282)와 같은 광학 요소를 포함하는 전형적인 돔 구조(280) 안에 패키지될 수 있다. 전체 돔(280)은 하나의 광학 요소로서 기능할 수 있다. 양극 리드(260)와 음극 리드(270)도 외부 연결을 위해 제공될 수 있다. 돔 구조(280)는 플라스틱, 유리 및/또는 다른 물질을 포함할 수 있고 실리콘 겔 및/또는 다른 물질을 그 안에 포함할 수도 있다.
이제 도 3을 참조하면, 종형 발광 다이오드(300)는 실리콘 카바이드 기판(110)의 제1 면(110a) 상에 음극 오믹 콘택(160')을 제공하고 제1 면(110a) 상의 음극 오믹 콘택(160')과 외부 음극 리드(270) 사이에 와이어(390) 또는 다른 전기 연결수단을 제공함으로써 플립-칩 모양 안에 패키지될 수도 있다. 논-플립-칩 모양도, 예컨대 다음에 도 16을 참조하여 후술하는 것과 같이 제공될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다른 LED의 단면도이다. 이러한 LED(400)에 있어서, 양극 콘택은 얇은 투명 오믹 콘택(412)과 반사막(414)을 포함하는 복수개의 층을 포함하는 오믹 반사 영역(410)을 포함할 수 있다. 얇은 투명 오믹콘택(412)은 백금으로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 실질적인 광 흡수를 제거하기 위해 가능한 한 얇아야 한다. 얇은 투명 오믹 콘택(412)의 두께는 백금 투명 전극(412)의 경우 약 10Å 내지 약 100Å 사이인 것이 바람직하다. 다른 실시예에 있어서, 얇은 투명 오믹 콘택(412)은 니켈/금, 니켈 산화막/금, 니켈 산화막/백금, 티타늄 및/또는 티타늄/금으로 된 층을 포함할 수 있고, 그 두께는 약 10Å 내지 약 100Å 사이이다. 반사막(414)은 약 300Å보다 두꺼운 것이 바람직하며, 바람직하게는 알루미늄 및/또는 은을 포함한다. 도 4의 실시예는 반사막(414)이 얇은 투명 오믹 콘택(412)의 전체 표면적에 걸쳐 얇은 투명 오믹 콘택(412)과 접촉하기 때문에 개선된 전류 확산을 제공할 수 있다. 따라서, 종래의 소자에서와는 달리, 전류가 양극 콘택(410)을 지나서 수평 방향으로 이동할 필요가 없다. 전류 확산은 이로써 증대된다. 도 4의 소자(400)는 도 2 및 도 3에 도시한 대로 패키지될 수도 있다. 예를 들어 도 16 및 도 17을 참조하여 후술하는 것과 같이, 다른 콘택 구조도 사용될 수 있다. 예를 들어, 니켈, 니켈/바나듐 및/또는 티타늄/텅스텐을 포함하는 장벽 영역(155)이 반사막(414)과 본딩 영역(220) 사이에, 그리고 오믹 콘택(160)과 본딩 영역(230) 사이에 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 LED가 도 5에 도시되어 있다. 이 LED(500) 실시예는 기판(110')의 적어도 하나의 측벽을 비스듬하게 빗각으로 만들거나 경사지게 하여 LED로부터의 광 추출을 증진시킬 수 있다. 비스듬한 측벽(110c)에 도달하는 광의 입사각이 거의 직각에 가까우므로, 기판(110')으로 반사되는 광은 적어질 수 있다. 따라서, 광은 기판(110')으로부터 추출될 수 있고 이것은 소자의 전체 효율을 개선한다. 추출 효율은 기판(110')의 측벽(110c) 및/또는 제1 면(110a)을 예컨대 종래 방법을 사용하여 거칠게 하거나 텍스쳐링함으로써 더 개선될 수 있다.
따라서, 본 발명의 몇 가지 실시예에 따른 발광 다이오드는 기판과 갈륨 나이트라이드계 다이오드 영역을 포함한다. 기판은 단결정이고 관심 발광 대역에 투명한 실리콘 카바이드이며 바람직하게는 승화법으로 제조된다. 기판은 약 100㎛ 내지 1000㎛의 두께일 수 있다. 다이오드의 외부 효율은 기판으로부터의 증가된 광 추출에 기인하여 증대될 수 있다. 본 발명의 몇 가지 실시예에 있어서, 다이오드는 소자로부터 후속적으로 추출하기 위하여 다이오드 영역 안에서 발생된 광을 기판을 통해 반사하는 반사막을 포함한다. 반사막은 기판 반대편으로 활성 영역 상에 (예를 들면 AlGaN과 같은) 비교적 낮은 굴절률을 가진 물질로 된 층을 포함할 수 있다. 대신에, 반사막은 구조 안에 브라그 반사막 및/또는 투명 오믹 콘택 상의 알루미늄 및/또는 은의 코팅층을 포함할 수 있다. 다른 실시예는 후술될 것이다. 또 다른 실시예에서, 개선된 광 추출을 허용하기 위해, 기판의 측벽 일부를 경사 처리 및/또는 거칠어지게 한다. 본 발명에 따른 다이오드는 플립-칩 실장에 사용하기에 특히 적합할 수 있다. 그러나, 논-플립-칩에도 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 6에 도시한 본 발명의 실시예는 소정 파장 대역의 적어도 일부를 추출하는 수단을 구현하기 위해서, 그리고 이로써 실리콘 카바이드 LED 상에 갈륨 나이트라이드의 플립-칩 또는 논-플립-칩 실장을 허용하기 위해서, 실리콘 카바이드 기판 변경을 제공한다. 기판으로부터 적어도 일부의 광을 추출하는 다른 수단의 실시예를 제공하고 증가된 추출 효율을 허용하기 위해 다양한 구조적 변경이 기판에 가해지는 본 발명의 다른 실시예들이 후술될 것이다. 이 기판 변경은 기판으로부터 적어도 일부의 광을 추출하는 다른 수단의 실시예를 제공하고 기판의 내부로부터 증가된 추출 효율을 허용하기 위해 특히 대면적의 칩을 제조할 때 유용할 수 있다. 이 증가는 앞에서 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 것처럼 실리콘 카바이드 기판에 사용될 수 있지만, 갈륨 아세나이드, 갈륨 포스파이드, 이들의 합금 및/또는 사파이어를 포함하는 전형적인 기판을 가지고도 사용될 수 있다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 상면도이고, 도 7b와 도 7c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 7a의 7B-7B' 단면도들이다.
이제 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 이 LED는 마주보는 제1 면(710a)과 제2 면(710b)을 가진 기판(710)과, 기판(710)의 제2 면(710b) 상의 다이오드 영역(740)을 포함한다. 기판(710)은 도 1 내지 도 6에서 설명된 것과 같은 실리콘 카바이드 기판(110)일 수 있고, 또는 다른 종래의 LED 기판일 수 있다. 다이오드 영역(740)은 도 1 내지 도 5의 다이오드 영역(170), 및/또는 다른 종래의 다이오드 영역을 포함할 수 있다.
도 7a에도 도시한 것과 같이, 이 LED(700)의 제1 면(710a)은 기판 안에 복수개의 기둥(pedestal)(730)을 정의하는 복수개의 그루브(720)를 그 안에 포함한다. 도 7a에는, 삼각 기둥이 도시되어 있다. 그러나, 다른 다각형 또는 다각형이 아닌 모양의 기둥도 제공될 수 있다. 도 7b에 도시된 것처럼, 그루브(720)는 비스듬한 빗각 바닥(722)을 가질 수 있다. 그러나, 편평(flat)한 바닥도 포함될 수 있다.뿐만 아니라, 그루브의 측벽(724)이 제1 면(710a) 및 제2 면(710b)에 직교하는 것으로 도시되어 있지만, 기판(710)의 제1 면(710a)으로부터 제2 면(710b) 쪽으로 측벽의 단면이 기울어지는 경사진 측벽도 포함될 수 있다.
도 7c는 비평면 특징이 제공되는 다른 실시예를 도시한다. 따라서, 기판(710') 안에 기울어지고 곡선인 측벽(724'), 곡선 바닥(722') 및/또는 돔 모양의 제1 면(710a')을 가지는 기둥(730')을 형성하는 데에 넓은 톱질 커팅 또는 다른 기술이 이용될 수 있다. 기둥(730') 실시예는 이로써 내부 전반사를 감소시킬 수 있는 렌즈 같은 구조를 형성할 수 있다. 대신에, 광 추출을 더 증가시키기 위하여, 곡선 또는 렌즈-모양의 제1 면(710a') 및/또는 바닥(722')보다는 제1 면(710a') 및/또는 바닥(722') 상에 깎은 면(facet)이 형성될 수 있다. 식각, 톱질 커팅, 레이저 커팅 및/또는 다른 전통적인 기술이 이러한 구조를 형성하는 데에 이용될 수 있다.
마지막으로, 도 7a 내지 도 7c에 도시된 것과 같이, 제1 면과 제2 면(710a, 710', 710b)의 둘레는 정방형이다. 그러나, 다른 모양도 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 삼각형 주변 모양을 가진 제1 면과 제2 면이 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 비록 4개의 삼각 기둥(730)이 도시되었지만, 2개 또는 그 이상의 기둥이 사용될 수도 있고, 예컨대 약 0.1mm2보다 넓은 면적을 가지는 비교적 대형인 칩에는 4개 이상의 기둥이 사용됨이 바람직하다.
도 8a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 상면도이다. 도8b와 도 8c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 8a의 8B-8B'선을 따라 절취한 도 8a의 단면도들이다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 이러한 발광 다이오드(800)는 마주보는 제1 면(810a)과 제2 면(810b)을 가지는 기판(810)과, 제2 면(810b) 상의 다이오드 영역(840)을 가진다. 기판(810)은 도 1 내지 도 6과 관련하여 설명한 실리콘 카바이드 기판(110)과 같은, 실리콘 카바이드 기판 및/또는 임의의 다른 전형적인 LED 기판일 수 있다. 다이오드 영역(840)은 도 1 내지 도 5에서 설명한 것과 같은 갈륨 나이트라이드계 다이오드 영역(170) 및/또는 임의의 다른 종래 다이오드 영역일 수 있다.
도 8a와 도 8b에 도시한 바와 같이, 기판(810)은 제1 면(810a) 안에 비아홀(820) 어레이를 포함한다. 비아홀(820)은 바람직하게 기판(810) 안으로 일부 깊이까지만 신장하나, 다른 실시예에 있어서는 기판(810)을 관통하여 신장할 수 있다. 또한 도시된 바와 같이, 비아홀은 경사진 측벽(824)을 포함할 수 있다. 측벽(824)은 곡선이거나 직선일 수 있다. 게다가, 제1 면(810a)과 제2 면(810b)에 직교하는 곡선 또는 직선의 측벽이 사용될 수도 있다. 비아홀(820)은 절두형-원뿔(frusto-conical) 또는 실린더형 비아홀을 형성하기 위해서, 편평한 바닥, 비스듬한 바닥 및/또는 곡선형 바닥(822)을 가질 수 있다. 비아홀은 바닥(822)을 포함하지 않을 수도 있고, 대신에 점으로 끝나 원뿔 모양을 형성할 수 있다. 도 8a와 도 8b에는 비록 4개의 완전한 비아홀과 12개의 부분적인 비아홀 어레이가 도시되어 있지만 두 개 이상의 비아홀(820)이 사용될 수도 있고, 예컨대0.1mm2이상의 면적을 가지는 칩과 같은 대면적의 칩을 위해서는 4개 이상의 완전한 비아홀(820)이 포함되는 것이 바람직하다.
도 8b에 도시한 것과 같이, 제1 면(810a)은 그 안에 깎인 면을 하나 이상 포함하는 비스듬한 제1 면(810a)일 수 있다. 다른 실시예에 있어서는, 렌즈 같은 모양을 형성하기 위해 상면(810a)이 둥글어질 수 있다.
아래에서 상세히 설명하는 것과 같이, 도 7a 내지 도 7c의 그루브(720)는, 칩을 다이싱하기 전이나 다이싱한 후에 예를 들어 칩 측면에 대해 45°각도로 다이싱 톱을 사용하여 제조할 수 있다. 마스크를 통한 반응성 에칭, 레이저 커팅, 습식 식각 및/또는 다른 기술을 포함하는 다른 기술이 사용될 수 있다. 도 8a 내지 도 8c의 비아홀(820)은 칩을 다이싱하기 전이나 다이싱한 후에 마스크를 통한 반응성 식각으로 제조할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c와 도 8a 내지 도 8c의 LED를 통한 광 추출이 설명될 것이다. 그루브(720) 또는 비아홀(820)은 단순히 칩의 모서리를 따라서 추출되는 것보다는 칩 전체에 걸쳐 광 추출이 주기적으로 일어나는 것을 허용할 수 있다. 따라서, 그들은 대면적 칩의 크기 조정(scalability)을 제공할 수 있다. 이것은 기판 안에 위치하여 기판을 다이싱하는 데에 이용되는 다이싱 그루브와는 확실히 다른 것이며, LED의 다이오드 영역을 지나는 그루브와도 확실히 다른 것이다.
기둥, 비아홀, 측벽 및/또는 그루브는 칩의 수직 모서리가 일반적으로 광 추출에 있어서 중요한 역할을 하기 때문에 광 추출을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 광 추출 목적으로, LED 칩의 가장 좋은 모양은 정방형이나 장방형이 아닐 수 있다. 그러나, LED 칩은 일반적으로 웨이퍼 안의 팩킹 밀도 때문에 정방형 둘레를 가진다. 정방형 칩에서, 임의의 방향에서부터 임계각 이상으로 그러나 그 여각보다는 작게 측벽에 입사하는 광선은 일반적으로 내부 반사와 후속의 흡수 때문에 손실될 것이다. 실린더형 칩은 내부 반사를 감소시킬 수 있으나, 생산성이나 팩킹 밀도가 나쁠 수 있다. 게다가, 실린더형 다이의 중심으로부터 떨어진 점에서 발생된 광은 수직 측벽의 접선 방향으로 입사하는 광을 많이 생산한다. 다시 한번 많은 광선이 내부 반사와 흡수로 손실된다. 전체 다이 면적이 활성 중심 면적보다 커질 필요가 있을 수 있는데, 이는 웨이퍼 면적을 비효율적으로 사용하는 것이고 고비용에 이르게 할 수 있다.
이와는 대조적으로, 본 발명의 몇 가지 실시예는 기판 안에 등변 혹은 비등변 삼각 기둥(730)과 같은 기둥을 형성할 수 있다. 뛰어난 웨이퍼 활용이 유지될 수 있다. 특히, 발생된 광은 임계각 이상으로, 측벽(724)에 한번 이하로 입사되고 반사될 수 있다. 임계각 이상의 입사각은 반사되나, 인캡슐레이팅 물질의 굴절률이 약 1.5 이상이라고 가정하면, 모든 경우에 있어서 그 다음 벽에는 임계각 미만으로 입사할 것이다. 따라서, 직각 측면 또는 매끄러운 연속적인 아크를 가진 다이와는 달리, 내부 반사와 흡수 때문에 광 전체가 소실되는 일은 없다.
동일한 칩 면적을 가지고 동일한 전류가 흐르며 매끄러운 수직 측벽을 가진 경우에, 정방형 LED에 비해 삼각형 모양을 가진 LED가 예를 들어, 광 출력에 있어서 15%의 개선을 보인다. 덧붙여, 경사진 측벽 또는 채널은 기판 안에 포획된 광에 더 많이 접근하도록 삼각 기둥과 함께 사용될 수 있다. 마지막으로, 정방형 다이에 비해 45°각도 또는 다른 각도로 잘라지는 그루브로 형성될 수 있는 삼각 기둥은 표준적인 다이 취급과 분리 기술을 허용할 수 있으면서도, 비-정방형 칩의 추가 광 추출 장점을 제공할 수 있다. 표준 모서리 가공과 다이 분리가 사용될 수 있다. 유사한 효과가 비아홀(820) 어레이를 가지고도 얻어질 수 있다.
도 7a 내지 도 7c와 도 8a 내지 도 8c의 LED는 도 2 내지 도 5에 도시된 것과 같이, 뒤집혀지거나 플립-칩 구조로 실장될 수 있다. LED를 실장 기판에 결합시키는 데에 사용될 수 있는 실버 에폭시는 효율을 떨어뜨릴 수 있기 때문에 그루브나 비아홀에 들어가는 것을 막을 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 그루브 및/또는 비아홀이 전형적인, 논-플립-칩 LED 실장에 이용되면, 은이나 알루미늄과 같은 반사 후면층이 그루브나 비아홀에 입사하는 광이 다이오드 영역을 통해 다시 반사되도록, 기판의 제1 면에 형성될 수 있다.
본딩 영역(220/230)에서 솔더 프리폼의 사용에 대한 추가적인 논의가 이제 제공될 것이다. 소면적 LED는 다이와 리드 프레임을 접착하는 데에 사용되는 실버 에폭시가 칩 및/또는 전도성 기판의 측벽에 접촉하지 않도록 특히 주의할 필요가 있다. 이러한 접촉은 쇼트키 다이오드를 형성할 수 있는데 이는 종형 LED 구조의 성능에 치명적일 수 있다. 쇼트키 다이오드는 낮은 순방향 턴-온 전압을 가지기 때문에 LED 주변의 전류를 차단할 수 있다. 대면적 상의 실버 에폭시 사용은 소면적 칩 상의 것보다 다루기 쉬울 수 있다. 과도하게 에폭시를 떨어뜨려도 칩 아래에 빠져 나와 다이오드 영역 및/또는 기판 측벽에 접촉하게 될 염려가 생기지 않을수 있기 때문이다. 본 발명의 실시예에 따라, 후술하는 것과 같이, 솔더 프리폼이 반사막 또는 다른 층 상에 형성되거나 접착될 수 있다. 프리폼은 납-주석, 인듐-금, 금-주석 및/또는 은-주석 솔더와 같은 저온 공융 합금을 포함할 수 있다. 프리폼 형상은 잘 정의될 수 있고, 외측으로의 크립은 다이 접착 공정에 이용되는 압력 및/또는 온도에 의해 조절될 수 있다. 게다가, 프리폼의 열 전도도는 실버 에폭시보다 우수할 수 있는데, 이는 고-전력 소자에 유리할 수 있다.
이제 도 9 및 도 10을 참조하면, 기판의 텍스쳐링도 제공될 수 있다. 텍스쳐링은 발광 파장의 수준이거나 그보다 클 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시한 것과 같이, LED(900)는 기판(710)의 텍스쳐된 제1 면(710a')을 포함할 수 있다. 텍스쳐된 측벽(724') 및/또는 텍스쳐된 바닥(722')은 텍스쳐된 제1 면(710a')에 추가하여 또는 대신하여 형성될 수 있다. 도 10에 도시한 것과 같이, LED(1000)는 마이크로 렌즈(1010)의 어레이를 상면에 포함할 수 있는 텍스쳐된 제1 면(810a')을 포함할 수 있다. 텍스쳐된 측벽 및/또는 바닥도 형성될 수 있다. 텍스쳐링을 위한 어떠한 종래기술이든 이용할 수 있다. 예를 들어 도 9 및 도 10과 관련하여 설명된 것과 같이, 텍스쳐링도 여기에 개시된 다른 실시예에 이용될 수 있다.
패키지된 LED 칩의 노출된 표면은 연마하지 않고 텍스쳐링하는 것이 바람직할 수 있다. 종래의 칩은 연마된 에피택셜 쪽이 위로 향하게 패키지되는데, 이는 그로부터의 광 추출을 감소시킬 수 있다. 노출된 표면을 텍스쳐링하는 것은 입사광이 내부적으로 반사되는 대신에 투과되도록 하는 랜덤한 가능성을 제공한다. 또한 기판의 후면을 텍스쳐링한다는 것이 이 기판 면에 대한 오믹 콘택 형성을 배제하는 것은 아니라는 것이 이해될 수 있을 것이다. 보다 상세하게는, 종형 LED가 활성 다이오드 영역에 하나의 콘택과, 텍스쳐된 기판 후면에 대한 후면 콘택을 가질 수 있다. 측벽을 텍스쳐링하는 것도 연마된 표면에 비하여 20% 이상의 광 추출을 제공할 수 있다.
도 11과 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 다른 LED를 도시한다. 도 11의 LED(1100)과 도 12의 LED(1200)는 도 7의 LED(700)과 도 8의 LED(800)에 대응될 수 있다. 그러나, 도 11과 도 12의 실시예에서는, 투명 오믹 콘택(412)과 반사막(414)이 추가된다. 얇은 투명 오믹 콘택(412)은 바람직하게 감소된 그리고 보다 바람직하게는 최소의 광량을 차단하면서, 양극에 대해 오믹 콘택을 형성하고 p-형 갈륨 나이트라이드층의 전류 확산을 증가시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 도 11과 도 12에 도시한 구조에서, 칩이 마운팅 기판(210)에 플립-칩 실장되므로, 투명 오믹 콘택(412)은 종래의 나이트라이드 LED에서 가능할 수 있었던 것보다 더 얇아질 수 있고, 따라서 보다 더 투명해질 수 있다. 예컨대 알루미늄 및/또는 은으로 이루어진 상대적으로 두꺼운 반사막(414)도 제공될 수 있다. 반사막(414)은 뛰어난 전류 확산을 제공할 수 있다. 뿐만 아니라, 기생적인 쇼트키 콘택을 형성할 수 있는 다이오드 영역에서의 단락 회로를 방지하면서 전기적 기계적 연결과 다이오드 영역으로부터의 열 전달을 제공하기 위하여, 솔더 프리폼(220), 및/또는 다른 실장 영역이 금속 콘택(155)과 마운팅 기판(210) 사이에 이용될 수 있다. 다이오드를 플립-칩 실장함으로써, 기판을 통한 전력 분산은 일어날 필요가 없음이 이해될 것이다. 차라리, 열 발생하는 다이오드 영역은 낮은 열저항을 가지고 히트 씽크와 긴밀히 접촉될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 예컨대 도 16과 관련하여 설명된, 논-플립-칩 실장이 이용될 수 있다. 투명/반사 전극, 솔더 프리폼 및/또는 플립-칩 실장이 여기에 개시된 본 발명의 다른 실시예에 사용될 수 있음도 이해될 것이다.
도 13은 종래의 ATON LED의 추출 효율을 증가시키기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 기술 분야의 숙련된 자에게 잘 알려져 있듯이, ATON LED는 예컨대 "OSRAM Enhances Brightness of Blue InGaN LEDs"(Compound Semiconductor, Volume 7, No.1, February 2001, p.7) 문헌에 개시된 것과 같은 기판 성형을 이용한다. 특히, 도 13에 도시한 것과 같이, 전형적인 ATON LED(1300)는 기판(1310)과 다이오드 영역(1320)을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 예컨대 메사(1320a) 및/또는 전극(1330)에 의해 정의된 발광 영역이 다이오드 영역의 중심부에만 포함되고 다이오드 영역의 주변에서는 제외되어 있다. 전극(1330)은 바람직하게 발광 영역(1320a)과 같은 폭이거나 그보다 작은, 투명 전극이다. 발광 영역의 면적을 축소시키는 다른 기술도 사용될 수 있다.
다르게 기술하면, 기판(1310)은 마주보는 제1 면(1310a)과 제2 면(1310b)을 가진다. 제1 면(1310a)은 제2 면(1310b)보다 작은 표면 면적을 가진다. 다이오드 영역(1320)은 제2 면(1310b) 상에 있다. 발광 영역(1320a)이 다이오드 영역(1310a) 안에 포함되고 제1 면(1310a)의 좁은 면적 안에 구속된다. 이러한 구조는 렌즈의 초점면에서 칩이 더욱 점원(point source)인 것같이 보이게 한다. 전형적으로, 칩의 모서리에서 발생된 광은 성형된 모서리의 이득을 많이 얻지 못하는데, 이는 칩의 중심부에서 발생된 빛과 비교할 때에 발광의 작은 고체 표면이 이러한 면과 작용하기 때문이다. 시뮬레이션은 칩의 모서리로부터 발광 영역을 가져옴으로써 광 출력이 약 20% 이상 증가된다는 것을 보여준다. 감소된 발광 영역의 이 증가된 추출 효율은 보다 많은 빛이 활성 영역 밖으로 제1 경로 상으로 탈출하기 때문에, 광 출력을 기판 표면과 기판 안에서의 손실에 덜 민감하게 만들 수도 있다. 도 13의 실시예는 전형적인 논-플립-칩 패키징에 사용될 수 있다. 플립-칩 패키징에 사용될 수 있는 ATON LED의 실시예가 도 17과 관련하여 다음에 설명될 것이다.
도 14a는 본 발명의 다른 실시예에 감소된 발광 면적을 적용한 것을 도시한다. 예를 들어, LED(1400)는 적어도 하나의 감소된 발광 면적이 본 발명의 실시예에 따라 형성되었다는 점만을 제외하고는 도 7의 LED(700)와 유사하다. 적어도 하나의 감소된 발광 면적은 기둥(730)에 정렬된 하나 이상의 도전성 전극(1410)에 의해 형성될 수 있다. 도전성 전극(1410)은 백금 및/또는 다른 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대 실리콘 나이트라이드로 된 절연층(1420)이 다이오드 영역(740)과의 금속 콘택을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 배선 금속층(1430)은 도전성 전극(1410)과 실리콘 나이트라이드층(1420) 위에 전면적으로 형성될 수 있다. 배선 금속층(1430)은 반사막으로서도 작용할 수 있음이 이해될 것이다. 대신에 하나 이상의 분리된 반사막이 제공될 수 있다. 도 14b는 도 14a의 LED의 저면도로서, 도전성 전극(1410)과 금속층(1430)을 도시한다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 적어도 하나의 감소된 발광 면적을 제공하기 위해서 도 13의 적어도 하나의메사(1320a)가 도 14a의 다이오드 영역(740) 안에 포함될 수 있음도 이해될 것이다. 뿐만 아니라, 감소된 발광 면적은 여기에 개시된 본 발명의 다른 실시예에 이용될 수 있다.
이렇게 하여, LED의 효율은 발광 영역을 후면 성형된 영역의 중심 부분에 더 구속되도록 감소시킴으로써 개선될 수 있다. 균일한 발광 영역을 가진 후면 성형 소자의 경우, 칩의 성형된 영역 위로 많은 발광이 일어날 수 있는데 이는 덜 효율적일 수 있다. 대조적으로, 도 14a와 도 14b에서 발광 영역(들)이 기둥(730)과 정렬되어 있기 때문에, 개선된 추출 효율이 제공될 수 있다. 도전성 전극(1410)이 각각으로부터 분리되어 있으므로, 그들은 서로 연결시키는 배선 금속층(1430)에 연결될 필요가 있다. 소자가 플립-칩 본딩된다면 배선 금속층(1430)은 솔더- 및/또는 실버- 함유 에폭시일 수 있다. 소자가 논-플립-칩 구조로 실장된다면, 반사막과 같은 금속판, 금속 스트립 및/또는 와이어 본드가 배선을 위해 포함될 수 있다.
도 15a는 본 발명의 또 다른 실시예에 적어도 하나의 감소된 발광 면적을 적용한 것을 도시한다. 예를 들어, LED(1500)는 적어도 하나의 감소된 발광 면적이 본 발명의 실시예에 따라 형성되었다는 점만을 제외하고는 도 8의 LED(800)와 유사하다. 적어도 하나의 감소된 발광 면적은 비아홀(820)과 중첩되지 않는 도전성 전극(1510)에 의해 형성될 수 있다. 도전성 전극(1510)은 백금 및/또는 다른 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대 실리콘 나이트라이드로 된 절연층(1520)이 비아홀(820)로 정의된 영역 위에 금속 콘택을 방지하는 데에 사용될 수 있다. 도 15b는 도 15a의 LED의 저면도로서, 도전성 전극(1510)과 절연 영역(1520)을 도시한다. 도14a의 경우에서처럼, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 적어도 하나의 감소된 발광 면적을 제공하기 위해서 도 13의 적어도 하나의 메사(1320a)가 도 15a의 다이오드 영역(840) 안에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예가 상술한 바와 같이 다른 물질계에 기초한 LED 뿐만 아니라 사파이어계 나이트라이드 LED에 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 그러나, 사파이어계 나이트라이드 LED에서는 빛의 대부분이 높은 굴절률의 나이트라이드 다이오드 영역 안에 포획된 채로 남아있을 것이다. 기판 굴절률이 사파이어보다 높은 실리콘 카바이드, 갈륨 나이트라이드, 알루미늄 나이트라이드, 징크 옥사이드 및/또는 다른 기판의 경우에 이득이 더 클 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예는 기판으로 실리콘 카바이드를 사용하는 경우에만 한정되는 것은 아니다. 사파이어가 기판으로 사용될 때에 도 1에 도시한 것처럼, 사파이어의 절연층은 다이오드 영역으로 두 개의 콘택을 사용할 것임이 이해될 수 있을 것이다. 이러한 콘택은 패키지 안에서 전기적 배선에 정렬될 필요가 있을 것이다. 사파이어 기판의 투명성은 노출된 면이 연마된다면 정렬을 수월하게 할 수 있다. 그러나, 연마된 노출 표면은 텍스쳐링된 것보다는 광 추출에 덜 효율적일 수 있다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면이 도시된 것이다. 도 16은 발광 다이오드(1600)가 플립-칩 실장보다는 논-플립-칩 실장을 위한 구조하는 점을 제외하고는 도 3과 유사한 것으로 여겨질 수 있다. 게다가, LED와, 실장 또는 서브-실장 어셈블리와 같은, 마운팅 써포트 사이의 다른 콘택 구조가 도시되어 있다. 도 16의 논-플립-칩 실장 및/또는 도 16의 콘택 구조가 여기에 개시된 본 발명의 다른 실시예 및/또는 종래의 다른 LED에 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
보다 상세하게, 도 16을 참조하면, 발광 다이오드(1600)는 논-플립-칩 방향으로 마운팅 써포트(210) 상에 실장되어 있는데, 실리콘 카바이드 기판(110)이 마운팅 써포트(210)에 인접하고, 다이오드 영역(170)이 마운팅 써포트(210)의 반대편 또는 그로부터 멀리 실리콘 카바이드 기판(110) 상에 있다. 다르게 말하면, 다이오드 영역(170)은 위에 있고 실리콘 카바이드 기판(110)은 아래에 있다. 도 16에 도시되어 있는 본 발명에 따르면, 종래 논-플립-칩 실장 LED에서 추출될 수 있는 광량은 투명한 실리콘 카바이드 기판(110)을 사용하면 증가될 수 있다는 것이 발견되었다. 이러한 실시예에 있어서, 실리콘 카바이드 기판(110) 안으로 발생되는 다이오드 영역(170)의 활성 영역(130)으로부터의 광은 반사막(140)을 통해 실리콘 카바이드 기판(110)을 지나 반사된다. 도 3의 LED(300)에 비해서는 추출 효율이 작을 수 있지만 투명한 실리콘 카바이드 기판(110)을 사용하지 않는 종래의 LED에서보다는 큰 추출 효율이 얻어질 수 있다. 투명 실리콘 카바이드 기판이 실장 영역에 인접하고 다이오드 영역이 실장 영역으로부터 떨어진, 도 16의 똑바로 선 실장도 종래의 다른 LED 구조에 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
계속하여 도 16을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 콘택 구조(1620)가 설명될 것이다. 콘택 구조(1620)는 여기에 개시된 다른 실시예, 그리고 다른 종래의 LED 구조에 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
도 16에 도시된 것과 같이, 콘택 구조(1620)는 오믹 콘택(160),반사막(140), 장벽 영역(1610), 및 본딩 영역(230)을 포함한다. 최상부 오믹 콘택(150)도 형성된다. 오믹 콘택(150/160)은 백금 박막과 같이, 금속으로 된 얇은 투명한 층(들)이고, 약 10Å 내지 약 100Å 사이의 두께를 가진 것이 바람직하다. 다른 투명 오믹 콘택(150/160)도 사용될 수 있다. 예를 들어, 인듐 틴 옥사이드(ITO)와 같은 투명 산화막이 사용될 수 있다. 그럴 경우 오믹 콘택(150/160)의 두께는 수 ㎛에 달하거나 더 두꺼울 수 있다. 오믹 콘택(150/160)은 예를 들어 여기에 충분히 개시된 것처럼 원용되어 통합된 Haitz 등의 미국 특허 제5,917,202호에 개시된 것과 같은, 균일하게 두꺼운 층, 그물망(grid) 구조 및/또는 도트(dot) 구조일 수 있다. 오믹 콘택(150/160)은 바람직하게는 활성 영역(170)으로의 효율적이고 균일한 전류 주입을 촉진하기 위해, 전류 확산을 제공하는 것이 바람직하다. 그물망이나 도트 구조가 오믹 콘택(150/160)으로 사용된 경우, 실리콘 카바이드 기판(110)이 적절하게 일치된 전도도를 가질 경우 전류 확산이 달성될 수 있다. 그물망/도트 오믹 영역은 더 적은 면적으로 덮기 때문에 오믹 영역 안에서의 광 흡수를 줄이거나 최소로 할 수 있다. 오믹 콘택(150, 160)의 구조가 동일할 필요는 없음이 이해될 것이다.
계속하여 도 16을 참조하면, 반사막(140)은 예를 들어, 약 100Å 내지 약 5000Å 사이의 은 및/또는 알루미늄과 같은 반사성 금속, 및/또는 앞에서 설명한 것과 같은 미러 스택을 포함할 수 있다. 오믹 콘택(160)과 반사막(140)의 기능이 하나의 오믹 반사막 영역으로 결합될 수 있음이 이해될 수 있을 것인데, 이는 전류 분산과 반사 기능을 동시에 제공할 수 있다. 대신에, 오믹 콘택(160)과반사막(140)으로 다른 층들이 사용될 수 있다.
계속하여 도 16을 참조하면, 반사막(140) 및/또는 오믹 콘택(160)을 하부의 다이 접착으로부터의 확산 및/또는 스파이킹으로부터 보호할 수 있는 장벽 영역(1610)도 제공될 수 있다. 따라서, 장벽 영역(1610)은 오믹 영역(160) 및/또는 반사막(140)의 광학 및/또는 전기적 무결성을 보존할 수 있다. 몇 가지 실시예에 있어서, 장벽 영역(1610)은 약 100Å 내지 약 5000Å 사이의 니켈, 니켈/바나듐 및/또는 티타늄/텅스텐을 포함할 수 있다.
마지막으로, 계속하여 도 16을 참조하면, 마운팅 또는 서브-마운팅 어셈블리와 같은 마운팅 써포트(210)에 반도체 LED 구조를 접착시키는 본딩 영역(230)이 제공될 수 있다. 본딩 영역(230)은 예를 들어, 금, 인듐, 솔더 및/또는 브레이즈를 포함하는 금속층일 수 있고 이들 중의 하나 이상의 프리폼 및/또는 다른 구조를 포함할 수 있다. 몇 가지 실시예에 있어서, 본딩 영역(230)은 솔더 범프 및/또는 인듐이나 금과 같은 다른 금속 범프를 포함할 수 있다. 마운팅 써포트(210)는 히트 씽크, 표면 실장 기술(SMT) 패키지, 인쇄 회로 기판, 드라이버 집적 회로, 리드 프레임 및/또는 LED에 사용되는 다른 종래의 실장 및/또는 서브-실장 어셈블리를 포함할 수 있다. 본딩 영역(230)은 마운팅 써포트(210)에 실버 에폭시, 솔더 접합, 열-솔더 접합 및/또는 다른 기술에 의해 접착될 수 있다. 도 16의 콘택 구조(1620)가 플립 칩 실장 LED 및/또는 다른 종래 LED 구조에 사용될 수 있음도 이해될 수 있을 것이다.
도 17a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면도이다.보다 상세하게, 도 17a는 본 발명의 실시예에 따라 플립 칩 실장 및/또는 콘택 구조를 채용한 전형적인 ATON LED를 도시한다. 예를 들어 도 2에서 보여진 것과 같은 플립-칩-실장 및/또는 도 16에 도시한 것과 같은 콘택 구조가 사용될 수 있다.
이제 도 17a를 참조하면, LED(1700)의 이러한 실시예들은 무색의, 보상된 실리콘 카바이드 기판과 같은 투명 기판(1310)과, 마운팅 써포트(210) 상에 플립-칩-실장된 다이오드 영역(1320)을 포함하는데, 다이오드 영역(1320)은 마운팅 써포트(210)에 인접하고 실리콘 카바이드 기판(1310)은 마운팅 써포트(210)로부터 멀어지도록 실장되어 있다. 다이오드 영역(1320)은 도 13의 메사 영역(1320a)과 같이 감소된 발광 영역을 포함할 수 있다.
도 17a에 도시된 것과 같은 플립-칩 실장은, 종래의 논-플립-칩 실장 LED에 비해 개선된 광 추출을 제공할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 카바이드 기판 상의 갈륨 나이트라이드 영역을 사용하는 종래의 칩에서는, LED 활성 영역에서 내부적으로 발생된 광의 약 절반이 실제적으로 발광될 수 있다. 나머지는 내부 전반사 및/또는 흡수 손실 때문에 반도체 물질 안에 포획된다. 실리콘 카바이드 기판 중 다이오드 영역으로부터 이격된 제1 면이 실리콘 카바이드 기판 중 다이오드 영역에 인접하는 제2 면보다 좁은 면적을 가지는 구조는 광 추출을 증대시킬 수 있다. 그러나, 발광된 빛의 상당한 부분이 LED p- 및 n-영역으로의 오믹 콘택을 촉진하기 위해서 흡수 금속으로 전부 및/또는 부분적으로 도포된 칩 표면에 입사하거나 통과한다. 뿐만 아니라, 종래의 LED는 빛을 주로 하방으로 향하게 하는데, 이는 LED 패키지 안의 광학 소자로부터의 추가적인 반사 및/또는 다이 접착 물질에 의한 손실을 초래할 수 있다. 이러한 현상은 추가적인 광 손실을 야기할 수 있다.
이와는 대조적으로, 도 17a에 도시한 본 발명의 실시예는 ATON LED 구조 및/또는, 다이오드 영역(1320)은 마운팅 써포트(210)에 인접하고 기판(1310)은 마운팅 써포트(210)로부터 이격되도록 마운팅 써포트(210)에 플립-칩 실장되고 제2 면(1310b)에 비해 감소된 면적의 제1 면(1310a)을 포함하는 다른 구조를 채용할 수 있다.
뿐만 아니라, 도 17a에 또한 도시되어 있는 바와 같이, p-오믹 영역(1742), 반사막(1744), 장벽 영역(1746) 및/또는 본딩 영역(1748)을 포함하는 p-콘택 구조(1740)를 사용함으로써 추가적인 효율이 얻어질 수 있다. 몇 가지 실시예에 있어서, p-오믹 영역(1742)은 약 10Å과 약 100Å 사이 두께의 니켈/금, 니켈 산화막/금, 니켈 산화막/백금, 티타늄 및/또는 티타늄/금과 같은 p-오믹 금속으로 이루어질 수 있다. 몇 가지 실시예에 있어서, p-오믹 영역(1742)은 약 2Å과 약 100Å 사이 두께로, 약 10% 내지 약 100%의 면적을 덮는, 연속 혹은 불연속 p-오믹 금속으로 이루어질 수 있다. 불연속 p-오믹 금속의 경우, 하부 다이오드 층의 전도도는 다이오드-활성 영역으로의 전류 주입의 균일도를 증가시키기 위해서, 면적 커버리지에 일치될 수 있다.
계속하여 도 17a를 참조하면, 은 및/또는 알루미늄과 같은 두꺼운 반사막(1744)이 다이오드 영역(1320) 반대편으로 오믹 영역(1742) 상에 위치한다. 다른 실시예에 있어서, 오믹 영역(1742)은 낮은 접촉 저항을 촉진하기에 충분하게 두껍지만 광학 흡수를 감소시키기에 충분할 정도로 얇을 수 있다. 오믹 영역(150)은 콘택을 통한 빛의 이중 통과를 수용하기 위해서, 종래 ATON 칩의 오믹 금속 두께의 반 이하일 수 있다. 뿐만 아니라, 전류 확산 기능은 결합된 오믹 반사 영역으로 가정될 수 있는데, 이것은 다이오드 영역(1320)에서 발생된 광의 효율적인 광학 반사를 촉진시키기 충분한 두께로 디자인될 수 있고, 동시에 전류 확산을 제공할 수 있다. 이렇게 하여, 다이오드 영역(1320)에서 발생된 광(1726)은 반사막(1742)으로부터 반사되어 기판(1310) 안으로 되돌아갈 수 있다. 다이오드 영역에서 발생된 다른 광(1722)은 기판(1310) 안으로 직접 주입될 수 있다. 또 다른 광(1724)은 기판의 기울어진 측벽으로부터 나올 수 있다.
계속하여 도 17a를 참조하면, 플립-칩 실장된 LED는 금, 인듐, 종래의 에폭시 물질, 브레이즈 및/또는 솔더를 포함하는 본딩 영역(1748)과 함께 니켈, 니켈/바나듐 및/또는 티타늄 텅스텐을 포함하는 적절한 솔더 및/또는 솔더 장벽 영역(1746)을 사용하여 다이 접착될 수 있다. 예를 들어 티타늄으로 이루어진, 선택적인 접착층도 장벽 영역(1746)과 본딩 영역(1748) 사이에 형성될 수 있다. 반도체 표면에 반사 금속을 제공함으로써, 헤더(header)의 거친 표면에 비해 상대적으로 높은 반사도를 가진 매우 평탄한 거울면이 달성될 수 있음도 이해될 것이다.
계속하여 도 17a를 참조하면, 오믹/반사막 영역(1732), 접착 영역(1734), 장벽 영역(1736)과 본딩 영역(1738)을 포함하는 n-콘택 구조(1730)가 사용될 수 있다. 오믹/반사막 영역(1732)은 약 1000Å 두께의 알루미늄 및/또는 은과 같은 n-오믹 금속으로 이루어질 수 있다. 이 오믹/반사막 영역(1732)은 오믹 콘택과 반사막으로 작용할 수 있다. 반사막 영역과 유사한 선택적인 반사 영역도 제공될 수있다. 예컨대 약 1000Å의 티타늄으로 이루어진 선택적인 접착 영역(1734)이 형성될 수 있다. 장벽 영역(1736)도 형성될 수 있다. 예를 들어, 약 1000Å의 백금이 사용될 수 있다. 마지막으로, 본딩 영역(1738)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 1㎛ 이상의 금이 사용될 수 있고, 종래의 와이어 본드(1750)가 본딩 영역(1738)에 접착될 수 있다. 영역(1732, 1734, 1736, 1738) 중의 하나 이상이 특정 응용에 따라, 제거되거나 다른 영역들과 결합될 수 있음이 이해될 것이다.
도 17a의 실시예에 따라 플립-칩 실장된 ATON 칩은 종래의 논-플립-칩 ATON구조에 비해 약 1.5 내지 약 1.7배 또는 그 이상으로 증가된 방사계(radiometric) 플럭스를 생산한다. p-전극 및/또는 다이 접착 물질에서의 흡수가 감소될 수 있다. n-콘택 구조(1730)는 표면 커버리지를 감소시키거나 최소화하도록 사용될 수 있다. 따라서, 몇 가지 실시예에 있어서, 콘택 구조(1730)는 실리콘 카바이드 기판(1310)의 전체 제1 면(1310a)을 점유할 수 있다. 그러나, 다른 기하 구조가 표면 커버리지를 감소시키거나 최소화하기 위해 사용될 수 있다.
예를 들어, 도 17b에 도시된 것과 같이, n-콘택 구조(1730)는 제1 면(1310a) 상에 단지 중심 부분(1730a)만 포함할 수 있다. 그러나, 더 큰 칩 사이즈의 경우, n-콘택 구조(1730)의 핑거(1730b)도 추가적인 전류 확산을 제공하기 위해 채용될 수 있다. 따라서, n-콘택 구조(1730)는 제1 면(1310a)의 전체 면적을 점유할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 전체 면적보다는 작게, 그러나 면적의 10% 이상 점유될 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 10% 미만의 면적이 사용될 수 있다. 중심 부분(1730a)과 핑거(1730b)의 많은 다른 기하 구조가 형성될 수 있음도 이해될것이다.
증대된 크기 조정을 위해, n-콘택 구조(1730)가 하부의 반도체 물질(1310)의 전도도에 저항하는 전류 확산과 표면 커버리지에서 일치된 연결 그물망 구조일 수 있다. n-콘택 구조(1730)의 표면 커버리지를 감소시키고 바람직하게는 최소화함으로써 그리고 은 및/또는 알루미늄 반사막(1732)을 채용함으로써, 완성된 n-콘택 구조(1730)의 흡수는 감소되고 바람직하게는 최소화될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 예를 들어 Chen에게 허여된 미국 특허 제5,952,681호에 개시되어 있는 것과 같이, 칩의 측면에 n-과 p-전극 모두 형성될 수 있음이 이해될 것이다. 이것은 n-전극을 위한 오믹 콘택에서의 광 흡수를 더 감소시킨다.
도 17a와 도 17b의 플립-칩 실장 및/또는 콘택 구조가 감소된 면적의 제1 면을 가진 입방체, 삼각형, 피라미드, 절두형 피라미드 및/또는 반구형을 포함하는 다른 기판 구조에 사용될 수 있음도 이해될 것이다. 그루브, 비아홀 모양의 추가적인 제1 면 패터닝 및/또는 다른 패터닝 모양도 앞에서 설명한 것처럼 제공될 수 있다. 마지막으로, 전술한 것과 같은 텍스쳐링 및/또는 러프닝도 채용될 수 있다. 기판 및/또는 다이오드 영역의 러프닝도 채용될 수 있다. 따라서, 반사막(1744)은 의도적으로 러프닝 처리 및/또는 패터닝된 다이오드 영역(1320) 상에 형성될 수 있다. 이러한 랜덤 거칠기는 광 추출 증가 및/또는 내부 반사 감소를 가능케 한다. 프레즈넬 렌즈와 같은 특정 패턴도 반사된 광을 향하게 하고 또는 광 추출을 증대시키기 위해 사용될 수 있다. 패터닝은 반사막(1744)이 적용되면 광학 소자를 형성할 수 있다. 패턴의 치수는 LED로부터 방출되는 광의 파장 수준일 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면도이다. 보다 상세하게, 도 18은 다이오드 영역 상에 반사막을 포함하는 전형적인 ATON LED를 도시한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 종래의 똑바로 선 ATON 및/또는 다른 LED의 다이오드 영역 상에 반사막을 추가함으로써 최상부 다이오드 영역 상에 반사막을 갖지 않는 종래의 ATON 및/또는 다른 LED에 비해서 밝기에 있어서 약 10% 이상의 증가가 얻어질 수 있음이 발견되었는데, 이는 예측하기 어려운 것이었다. 따라서, 적어도 부분적으로 최상면을 반사막으로 차단함으로써 증가된 광 발광이 실제적으로 얻어질 수 있다.
보다 상세하게, 도 18을 참조하면, 이러한 LED(1800)는 여기에 개시된 실시예 중의 어느 하나에 따르거나 종래의 ATON 및/또는 다른 LED 구조에 따른 기판(1310)과 다이오드 영역(1320)을 포함한다. 종래의 ATON 및/또는 다른 구조에 따라 n-콘택 구조(1810)가 형성될 수 있다. 대신에 약 1000Å의 티타늄과 같은 접착 영역(1812), 약 1000Å의 백금과 같은 장벽 영역(1814), 약 1㎛의 금과 같은 본딩 영역(1816)을 포함하는 n-콘택 구조(1810)가 형성될 수 있다. 접착 영역(1812)은 오믹 콘택으로서 기능할 수 있고 추가적으로 반사성일 수 있다.
계속하여 도 18을 참조하면, p-콘택 구조(1820)가 형성될 수 있다. p-콘택 구조(1820)는 도 17a의 오믹 영역(1742)과 유사할 수 있는 투명 오믹 영역(1830)을 포함할 수 있다. 도 17a의 접착 영역(1734)과 유사할 수 있는 접착 영역(1826)도 포함될 수 있다. 도 17a의 장벽 영역(1736)과 유사할 수 있는 장벽 영역(1824)도 포함될 수 있다. 도 17a의 본딩 영역(1738)과 유사할 수 있는 본딩 영역(1822)과도 17a의 와이어(1750)와 유사할 수 있는 와이어(1840)도 포함될 수 있다. 뿐만 아니라, 종래의 ATON/ITP 오믹 콘택 구조도 형성될 수 있다. 본 발명의 몇 가지 실시예에 따르면, p-콘택 구조(1820)는 다이오드 영역(1320)을 지나 기판(1310) 안으로 빛을 반사하도록 그 안에 반사막(1828)을 포함한다. 반사막(1828)은 도 17a의 반사막(1746)과 유사할 수 있다. 앞에서 설명한 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 종래의 ATON LED 및/또는 다른 LED의 최상면에 반사막(1828)을 추가함으로써 종래의 ATON LED에 비해서 밝기에 있어서 약 1.2 배 내지 1.3배 혹은 그 이상의 증가가 얻어질 수 있으며, 이는 예측하기 어려운 것이었다.
이제 도 19를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따라 LED를 제조하는 방법이 설명될 것이다. 도 19의 블록 중 일부는 도시된 것과는 다른 순서로 일어날 수 있고 몇 개의 블록은 순차적이기보다는 동시에 수행될 수 있음이 이해될 것이다.
이제 도 19를 참조하면, 블록 1910에서 실리콘 카바이드 기판 상에 다이오드 영역을 형성한다. 바람직하게는, 상술한 바와 같이, 실리콘 카바이드 기판 상에 갈륨 나이트라이드 다이오드 영역을 형성한다. 블록 1920에서, 도 7 내지 도 12, 도 14 및 도 15와 관련해서 설명한 것과 같이, 기판의 제1 면 상에 톱질, 식각, 레이저 컷, 반응성 이온 에칭, 습식각 및/또는 다른 커팅으로 그루브를 형성하고, 또는 비아홀을 형성하기 위해 반응성 이온 에칭을 수행한다. 그루브 및/또는 비아홀은 기판 상에 다이오드 영역을 형성하기 전에 블록 1920에서 형성하거나, 또는 기판 상에 다이오드 영역을 형성한 다음에 형성할 수 있음이 이해될 것이다.
이제 블록 1930을 참조하면, 예를 들어 도 2 내지 도 5, 도 11, 도 12, 도16 및 도 17과 관련해서 설명한 것과 같이, 콘택 구조를 형성한다. 콘택 구조는 블록 1920의 그루브를 형성하기 전이나 비아홀을 반응성 에칭하기 전에 형성할 수 있음이 이해될 것이다.
블록 1940을 참조하면, 개별적인 LED 칩을 분리하기 위해 다이싱을 수행한다. 웨이퍼 사이즈 LED가 제조될 경우에는 다이싱이 필요없고 다이싱이 블록 1930의 전극 구조를 형성하기 전 및/또는 블록 1920의 그루브 톱질 및/또는 반응성 이온 에칭 전에 수행될 수 있음이 이해될 것이다.
다음에, 블록 1950을 참조하여, 예컨대 도 2 내지 도 5, 도 11, 도 12, 도 16 및 도 17과 관련해서 설명한 것과 같이, 솔더 프리폼 및/또는 다른 접착 기술을 사용하여 다이오드를 마운팅 써포트에 접착한다. 블록 1960에서, 다이오드는 예를 들어 도 2, 도 3과 도 16에 도시된 것과 같은 플라스틱 돔 안에 패키지된다. 이로써 높은 추출 효율을 가진 LED가 능률적으로 제조될 수 있다.
도면들과 명세서에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하였고, 비록 특정 용어가 사용되었지만 그들은 일반적이고 설명을 위한 의미로만 사용된 것이고, 한정을 위한 목적으로 사용된 것은 아니며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 기재되어 있다.
본 발명에 따르면, 광 추출이 개선된 LED를 제조할 수 있다. LED, 특히 실리콘 카바이드로부터 만들어지는 LED, 실리콘 카바이드 상의 갈륨 나이트라이드로부터 만들어지는 LED 및/또는 비교적 넓은 면적을 가지는 LED를 위해 바람직할 수있다.

Claims (148)

  1. 마주보는 제1 면과 제2 면을 가지고, 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 기판으로서, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면을 향하여 상기 기판 안으로 신장하는 복수개의 기둥(pedestal)을 단면상으로 정의하도록 패터닝된 기판; 및
    상기 제2 면 상의 다이오드 영역으로서, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면, 상기 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 상기 기판 안으로 상기 소정 파장 대역 안의 광을 발광하도록 구성된 다이오드 영역을 포함하는 발광 다이오드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 상기 기판 반대편, 상기 다이오드 상의 마운팅 써포트(mounting support)로서, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면 상기 다이오드 영역으로부터 상기 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 상기 기판 안으로 발광되는 광이 상기 복수개의 기둥으로부터 발광되도록 상기 다이오드 영역을 지지하게 구성된 마운팅 써포트를 더 포함하는 발광 다이오드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다이오드 영역 반대편, 상기 제1 면 상의 마운팅 써포트로서, 상기 제1 면을 지지하게 구성된 마운팅 써포트를 더 포함하는 발광 다이오드.
  4. 제2항에 있어서, 상기 마운팅 써포트와 상기 다이오드 영역 사이에, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면, 상기 다이오드 영역으로부터 발광되는 광을 상기 복수개의 기둥으로부터의 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 상기 기판을 통해서 상기 다이오드 영역 안으로 반사하도록 구성된 반사막을 더 포함하는 발광 다이오드.
  5. 제3항에 있어서, 상기 마운팅 써포트와 상기 제1 면 사이에, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면, 상기 제1 면으로부터 발광되는 광을 상기 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 상기 기판 안으로 반사하도록 구성된 반사막을 더 포함하는 발광 다이오드.
  6. 제4항에 있어서, 상기 다이오드 영역과 상기 반사막 사이에 투명 전극을 더 포함하는 발광 다이오드.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 면과 상기 반사막 사이에 투명 전극을 더 포함하는 발광 다이오드.
  8. 제4항에 있어서, 상기 반사막은 적어도 하나의 반사 금속층을 포함하는 발광 다이오드.
  9. 제6항에 있어서, 상기 투명 전극은 니켈/금, 니켈 산화막/금, 니켈 산화막/백금, 티타늄 및/또는 티타늄/금으로 된 층을 포함하는 발광 다이오드.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 반사막과 상기 마운팅 써포트 사이의 장벽 영역; 및
    상기 장벽 영역과 상기 마운팅 써포트 사이의 본딩 영역을 더 포함하는 발광 다이오드.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 반사막과 상기 마운팅 써포트 사이의 장벽 영역; 및
    상기 장벽 영역과 상기 마운팅 써포트 사이의 본딩 영역을 더 포함하는 발광 다이오드.
  12. 제10항에 있어서, 상기 본딩 영역은 금, 인듐, 솔더 및/또는 브레이즈를 포함하는 발광 다이오드.
  13. 제11항에 있어서, 상기 본딩 영역은 금, 인듐, 솔더 및/또는 브레이즈를 포함하는 발광 다이오드.
  14. 제1항에 있어서, 상기 다이오드 영역 반대편, 상기 제1 면 부근에 광학 요소를 더 포함하는 발광 다이오드.
  15. 제1항에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 면이 상기 기판 안에 상기 복수개의 기둥을 단면상 정의하는 적어도 하나의 그루브를 포함하는 발광 다이오드.
  16. 제15항에 있어서, 상기 기둥은 삼각 기둥인 발광 다이오드.
  17. 제15항에 있어서, 상기 그루브는 경사 및/또는 곡선의 측벽(tapered and/or curved sidewalls)을 포함하는 발광 다이오드.
  18. 제15항에 있어서, 상기 그루브는 빗각 및/또는 곡선의 바닥(beveled and/or curved floor)을 포함하는 발광 다이오드.
  19. 제17항에 있어서, 상기 그루브는 빗각 및/또는 곡선의 바닥을 포함하는 발광 다이오드.
  20. 제15항에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 면과 제2 면은 정방형 둘레를 가지는 발광 다이오드.
  21. 제15항에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 면은 텍스쳐(texture)된 표면인 발광 다이오드.
  22. 제1항에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 면이 상기 기판 안에 상기 복수개의 기둥을 단면상 정의하는 비아홀 어레이를 포함하는 발광 다이오드.
  23. 제22항에 있어서, 상기 비아홀은 경사 및/또는 곡선의 측벽을 포함하는 발광 다이오드.
  24. 제22항에 있어서, 상기 비아홀은 편평(flat), 빗각 및/또는 곡선의 바닥을 포함하는 발광 다이오드.
  25. 제23항에 있어서, 상기 비아홀은 편평, 빗각 및/또는 곡선의 바닥을 포함하는 발광 다이오드.
  26. 제22항에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 면과 제2 면은 정방형 둘레를 가지는 발광 다이오드.
  27. 제22항에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 면은 텍스쳐된 표면인 발광 다이오드.
  28. 제22항에 있어서, 상기 비아홀 어레이는 경사 및/또는 곡선의 비아홀을 포함하는 발광 다이오드.
  29. 제1항에 있어서, 상기 다이오드 영역은 주변 부분, 상기 주변 부분으로 둘러싸인 적어도 하나의 중심 부분, 및 상기 적어도 하나의 중심 부분 안에 구속되고 상기 주변 부분 상으로는 신장하지 않는 적어도 하나의 발광 영역을 포함하는 발광 다이오드.
  30. 제1항에 있어서, 상기 다이오드 영역 상의 복수개의 발광 영역을 더 포함하고, 상기 발광 영역 각각은 상기 기둥 각각 안에 구속되고 상기 기둥 각각을 넘어서는 신장하지 않는 발광 다이오드.
  31. 제15항에 있어서, 상기 다이오드 영역 상의 복수개의 전극을 더 포함하고 상기 전극 각각은 상기 기둥 각각 안에 구속되고 상기 기둥 각각을 넘어서는 신장하지 않는 발광 다이오드.
  32. 제22항에 있어서, 상기 다이오드 영역 상에, 상기 비아홀과 중첩되지 않는 적어도 하나의 전극을 더 포함하는 발광 다이오드.
  33. 제1항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 카바이드이고 상기 다이오드 영역은 갈륨 나이트라이드인 발광 다이오드.
  34. 마주보는 제1 면과 제2 면을 가진 기판으로서, 상기 제1 면의 표면 면적이 상기 제2 면보다 작은 기판; 및
    상기 제2 면 상의 다이오드 영역으로서, 상기 제1 면의 상기 작은 표면 면적 안에 구속된 발광 영역을 포함하는 다이오드 영역을 포함하는 발광 다이오드.
  35. 제34항에 있어서, 상기 발광 영역이 메사(mesa)를 포함하는 발광 다이오드.
  36. 제34항에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 면이 텍스쳐된 표면인 발광 다이오드.
  37. 제35항에 있어서, 상기 메사의 적어도 일부 상에 투명 전극을 더 포함하는 발광 다이오드.
  38. 제34항에 있어서, 상기 기판은 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 실리콘 카바이드 기판이고, 상기 다이오드 영역은 상기 소정 파장 대역 안의 광을 발광하도록 구성된 발광 다이오드.
  39. 마주보는 제1 면과 제2 면을 가진 기판으로서, 상기 제1 면의 표면 면적이 상기 제2 면보다 작은 기판;
    상기 제2 면 상의 다이오드 영역; 및
    상기 기판 반대편, 상기 다이오드 영역 상의 마운팅 써포트를 포함하는 발광 다이오드.
  40. 제39항에 있어서, 상기 기판은 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 기판이고, 상기 다이오드 영역은 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면, 상기 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 상기 기판 안으로 상기 소정 파장 대역 안의 광을 발광하도록 구성된 발광 다이오드.
  41. 제40항에 있어서, 상기 마운팅 써포트는, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면 상기 다이오드 영역으로부터 상기 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 상기 기판 안으로 발광되는 광이 상기 제1 면으로부터 발광되도록 상기 다이오드 영역을 지지하게 구성된 발광 다이오드.
  42. 제41항에 있어서, 상기 마운팅 써포트와 상기 다이오드 영역 사이에, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면, 상기 다이오드 영역으로부터 발광되는 광을 상기 제1 면으로부터 상기 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 상기 기판을 통해서 상기 다이오드 영역 안으로 반사하도록 구성된 반사막을 더 포함하는 발광다이오드.
  43. 제42항에 있어서, 상기 다이오드 영역과 상기 반사막 사이에 투명 전극을 더 포함하는 발광 다이오드.
  44. 제42항에 있어서,
    상기 반사막과 상기 마운팅 써포트 사이의 장벽 영역; 및
    상기 장벽 영역과 상기 마운팅 써포트 사이의 본딩 영역을 더 포함하는 발광 다이오드.
  45. 제44항에 있어서, 상기 본딩 영역은 금, 인듐, 솔더 및/또는 브레이즈를 포함하는 발광 다이오드.
  46. 기판;
    상기 기판 상의 다이오드 영역; 및
    상기 기판과 상기 다이오드 영역 중 어느 하나 상의 콘택 구조를 포함하고, 상기 콘택 구조는
    상기 기판과 상기 다이오드 영역 중 어느 하나 상의 오믹 반사막 영역;
    상기 기판과 상기 다이오드 영역 중 어느 하나 반대편, 상기 오믹 반사막 영역 상의 장벽 영역; 및
    상기 오믹 반사막 영역 반대편, 상기 장벽 영역 상의 본딩 영역을 포함하는 발광 다이오드.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 장벽 영역 반대편, 상기 본딩 영역 상에 마운팅 어셈블리를 더 포함하는 발광 다이오드.
  48. 제46항에 있어서, 상기 오믹 반사막 영역은,
    상기 기판과 상기 다이오드 영역 중 어느 하나 상의 투명 오믹층; 및
    상기 기판과 상기 다이오드 영역 중 어느 하나 반대편, 상기 투명 오믹층 상의 반사막을 포함하고, 상기 장벽 영역은 상기 반사막 상에 위치하는 발광 다이오드.
  49. 제46항에 있어서, 상기 본딩 영역은 금, 인듐, 솔더 및/또는 브레이즈를 포함하는 발광 다이오드.
  50. 제48항에 있어서, 상기 투명 오믹층은 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명하도록 얇은 니켈/금, 니켈 산화막/금, 니켈 산화막/백금, 티타늄 및/또는 티타늄/금으로 된 층을 포함하는 발광 다이오드.
  51. 제50항에 있어서, 상기 투명 오믹층은 약 10Å 내지 약 100Å 사이의 두께를 가진 발광 다이오드.
  52. 제48항에 있어서, 상기 투명 오믹층은 인듐 틴 옥사이드막을 포함하는 발광 다이오드.
  53. 제48항에 있어서, 상기 투명 오믹층은 패터닝된 투명 오믹층을 포함하는 발광 다이오드.
  54. 제48항에 있어서, 상기 패터닝된 투명 오믹층은 그물망(grid) 및/또는 도트(dot) 패턴을 포함하는 발광 다이오드.
  55. 제48항에 있어서, 상기 반사막은 적어도 하나의 반사 금속층을 포함하는 발광 다이오드.
  56. 제46항에 있어서, 상기 오믹 반사막 영역은 은 및/또는 알루미늄을 포함하는 단일층을 포함하는 발광 다이오드.
  57. 제46항에 있어서, 상기 장벽 영역은 니켈, 니켈/바나듐 및/또는 티타늄/텅스텐을 포함하는 발광 다이오드.
  58. 제46항에 있어서, 상기 본딩 영역은 금, 인듐, 솔더 및/또는 브레이즈를 포함하는 발광 다이오드.
  59. 제48항에 있어서,
    상기 투명 오믹층은 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명하도록 얇은 니켈/금, 니켈 산화막/금, 니켈 산화막/백금, 티타늄 및/또는 티타늄/금으로 된 층을 포함하고,
    상기 반사막은 적어도 하나의 반사 금속층을 포함하고,
    상기 장벽 영역은 니켈, 니켈/바나듐 및/또는 티타늄/텅스텐을 포함하며,
    상기 본딩 영역은 금, 인듐, 솔더 및/또는 브레이즈를 포함하는 발광 다이오드.
  60. 제59항에 있어서, 상기 투명 오믹층은 약 10Å 내지 약 100Å 사이의 두께를 가진 발광 다이오드.
  61. 제59항에 있어서, 상기 패터닝된 투명 오믹층은 그물망 및/또는 도트 패턴을 포함하는 발광 다이오드.
  62. 마주보는 제1 면과 제2 면을 가진 기판으로서, 상기 제1 면의 표면 면적이상기 제2 면보다 작은 기판;
    상기 제2 면 상의 다이오드 영역;
    상기 다이오드 영역 반대편, 상기 제1 면 상의 제1 오믹층;
    상기 기판 반대편, 상기 제1 오믹층 상의 접착층;
    상기 제1 오믹층 반대편, 상기 접착층 상의 제1 장벽층;
    상기 접착층 반대편, 상기 제1 장벽층 상의 제1 본딩층;
    상기 기판 반대편, 상기 다이오드 영역 상의 제2 오믹층;
    상기 다이오드 영역 반대편, 상기 제2 오믹층 상의 반사막;
    상기 제2 오믹층 반대편, 상기 반사막 상의 제2 장벽층; 및
    상기 반사막 반대편, 상기 제2 장벽층 상의 제2 본딩층을 포함하는 발광 다이오드.
  63. 제62항에 있어서, 상기 제2 장벽층 반대편, 상기 제2 본딩층 상에 마운팅 써포트를 더 포함하는 발광 다이오드.
  64. 제62항에 있어서, 상기 제2 오믹층은 제2 오믹 반사막을 포함하는 발광 다이오드.
  65. 제62항에 있어서, 상기 제1 오믹층은 반사 금속을 포함하는 발광 다이오드.
  66. 제62항에 있어서, 상기 접착층은 티타늄을 포함하는 발광 다이오드.
  67. 제62항에 있어서, 상기 제1 장벽층은 백금을 포함하는 발광 다이오드.
  68. 제62항에 있어서, 상기 제1 본딩층은 금을 포함하는 발광 다이오드.
  69. 제62항에 있어서, 상기 제2 금속층은 니켈/금, 니켈 산화막/금, 니켈 산화막/백금, 티타늄 및/또는 티타늄/금을 포함하는 발광 다이오드.
  70. 제62항에 있어서, 상기 반사막은 은 및/또는 알루미늄을 포함하는 발광 다이오드.
  71. 제62항에 있어서, 상기 제2 장벽층은 니켈, 니켈/바나듐 및/또는 티타늄/텅스텐을 포함하는 발광 다이오드.
  72. 제62항에 있어서, 상기 제2 본딩층은 금, 인듐, 솔더 및/또는 브레이즈를 포함하는 발광 다이오드.
  73. 제62항에 있어서, 상기 제1 오믹층, 상기 접착층, 상기 제1 장벽층 및 상기 제1 본딩층 각각은 중심 부분과 상기 중심 부분으로부터 신장하는 적어도 하나의핑거(finger)를 포함하는 발광 다이오드.
  74. 마주보는 제1 면과 제2 면을 가진 기판으로서, 상기 제1 면의 표면 면적이 상기 제2 면보다 작은 기판;
    상기 제2 면 상의 다이오드 영역;
    상기 다이오드 영역 반대편, 상기 제1 면 상의 은 및/또는 알루미늄을 포함하는 제1 층;
    상기 기판 반대편, 상기 제1 층 상의 티타늄을 포함하는 제2 층;
    상기 제1 층 반대편, 상기 제2 층 상의 백금을 포함하는 제3 층;
    상기 제2 층 반대편, 상기 제3 층 상의 금을 포함하는 제4 층;
    상기 기판 반대편, 상기 다이오드 영역 상의 니켈/금, 니켈 산화막/금, 니켈 산화막/백금, 티타늄 및/또는 티타늄/금을 포함하는 제5 층;
    상기 다이오드 영역 반대편, 상기 제5 층 상의 은 및/또는 알루미늄을 포함하는 제6 층;
    상기 제5 층 반대편, 상기 제6 층 상의 니켈, 니켈/바나듐 및/또는 티타늄/텅스텐을 포함하는 제7 층; 및
    상기 제6 층 반대편, 상기 제7 층 상의 금, 인듐, 솔더 및/또는 브레이즈를 포함하는 제8 층을 포함하는 발광 다이오드.
  75. 제74항에 있어서, 상기 제7 층 반대편, 상기 제8 층 상에 마운팅 써포트를더 포함하는 발광 다이오드.
  76. 마주보는 제1 면과 제2 면을 가진 기판으로서, 상기 제1 면의 표면 면적이 상기 제2 면보다 작은 기판;
    상기 제2 면 상의 다이오드 영역;
    상기 다이오드 영역 반대편, 상기 제1 면 상의 제1 접착층;
    상기 기판 반대편, 상기 제1 접착층 상의 제1 장벽층;
    상기 제1 접착층 반대편, 상기 제1 장벽층 상의 제1 본딩층;
    상기 기판 반대편, 상기 다이오드 영역 상의 오믹층;
    상기 다이오드 영역 반대편, 상기 오믹층 상의 반사막;
    상기 오믹층 반대편, 상기 반사막 상의 제2 접착층;
    상기 반사막 반대편, 상기 제2 접착층 상의 제2 장벽층; 및
    상기 제2 접착층 반대편, 상기 제2 장벽층 상의 제2 본딩층을 포함하는 발광 다이오드.
  77. 제76항에 있어서, 상기 제1 장벽층 반대편, 상기 제1 본딩층 상에 마운팅 써포트를 더 포함하는 발광 다이오드.
  78. 제76항에 있어서, 상기 오믹층은 오믹 반사막을 포함하는 발광 다이오드.
  79. 제76항에 있어서, 상기 제1 접착층은 티타늄을 포함하는 발광 다이오드.
  80. 제76항에 있어서, 상기 제1 장벽층은 백금을 포함하는 발광 다이오드.
  81. 제76항에 있어서, 상기 제1 본딩층은 금을 포함하는 발광 다이오드.
  82. 제76항에 있어서, 상기 오믹층은 니켈/금, 니켈 산화막/금, 니켈 산화막/백금, 티타늄 및/또는 티타늄/금을 포함하는 발광 다이오드.
  83. 제76항에 있어서, 상기 반사막은 은 및/또는 알루미늄을 포함하는 발광 다이오드.
  84. 제76항에 있어서, 상기 제2 접착층은 티타늄을 포함하는 발광 다이오드.
  85. 제76항에 있어서, 상기 제2 장벽층은 백금을 포함하는 발광 다이오드.
  86. 제76항에 있어서, 상기 제2 본딩층은 금을 포함하는 발광 다이오드.
  87. 마주보는 제1 면과 제2 면을 가진 기판으로서, 상기 제1 면의 표면 면적이 상기 제2 면보다 작은 기판;
    상기 제2 면 상의 다이오드 영역;
    상기 다이오드 영역 반대편, 상기 제1 면 상의 티타늄을 포함하는 제1 층;
    상기 기판 반대편, 상기 제1 층 상의 백금을 포함하는 제2 층;
    상기 제1 층 반대편, 상기 제2 층 상의 금을 포함하는 제3 층;
    상기 기판 반대편, 상기 다이오드 영역 상의 니켈/금, 니켈 산화막/금, 니켈 산화막/백금, 티타늄 및/또는 티타늄/금을 포함하는 제4 층;
    상기 다이오드 영역 반대편, 상기 제4 층 상의 은 및/또는 알루미늄을 포함하는 제5 층;
    상기 제4 층 반대편, 상기 제5 층 상의 티타늄을 포함하는 제6 층;
    상기 제5 층 반대편, 상기 제6 층 상의 백금을 포함하는 제7 층; 및
    상기 제6 층 반대편, 상기 제7 층 상의 금을 포함하는 제8 층을 포함하는 발광 다이오드.
  88. 제87항에 있어서, 상기 제2 층 반대편, 상기 제3 층 상에 마운팅 써포트를 더 포함하는 발광 다이오드.
  89. 마주보는 제1 면과 제2 면을 가지는 기판으로서, 보상된 무색 실리콘 카바이드 기판; 및
    상기 제2 면 상의 갈륨 나이트라이드계 다이오드 영역으로서, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면 상기 기판 안으로 광을 발광하도록 구성된 다이오드 영역을 포함하는 발광 다이오드.
  90. 제89항에 있어서, 상기 기판 반대편, 상기 다이오드 상의 마운팅 써포트로서, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면 상기 다이오드 영역으로부터 상기 기판 안으로 발광되는 광이 상기 기판으로부터 발광되도록 상기 다이오드 영역을 지지하게 구성된 마운팅 써포트를 더 포함하는 발광 다이오드.
  91. 제89항에 있어서, 상기 다이오드 영역 반대편, 상기 제1 면 상의 마운팅 써포트로서, 상기 제1 면을 지지하게 구성된 마운팅 써포트를 더 포함하는 발광 다이오드.
  92. 제90항에 있어서, 상기 마운팅 써포트와 상기 다이오드 영역 사이에, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면, 상기 다이오드 영역으로부터 발광되는 광을 상기 기판을 통해서 상기 기판으로부터 상기 다이오드 영역 안으로 반사하도록 구성된 반사막을 더 포함하는 발광 다이오드.
  93. 제91항에 있어서, 상기 마운팅 써포트와 상기 제1 면 사이에, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면, 상기 제1 면으로부터 발광되는 광을 상기 기판 안으로 반사하도록 구성된 반사막을 더 포함하는 발광 다이오드.
  94. 제92항에 있어서, 상기 다이오드 영역과 상기 반사막 사이에 투명 전극을 더 포함하는 발광 다이오드.
  95. 제93항에 있어서, 상기 제1 면과 상기 반사막 사이에 투명 전극을 더 포함하는 발광 다이오드.
  96. 제92항에 있어서, 상기 반사막은 적어도 하나의 반사 금속층을 포함하는 발광 다이오드.
  97. 제94항에 있어서, 상기 투명 전극은 니켈/금, 니켈 산화막/금, 니켈 산화막/백금, 티타늄 및/또는 티타늄/금으로 된 층을 포함하는 발광 다이오드.
  98. 제92항에 있어서,
    상기 반사막과 상기 마운팅 써포트 사이의 장벽 영역; 및
    상기 장벽 영역과 상기 마운팅 써포트 사이의 본딩 영역을 더 포함하는 발광 다이오드.
  99. 제93항에 있어서,
    상기 반사막과 상기 마운팅 써포트 사이의 장벽 영역; 및
    상기 장벽 영역과 상기 마운팅 써포트 사이의 본딩 영역을 더 포함하는 발광다이오드.
  100. 제98항에 있어서, 상기 본딩 영역은 금, 인듐, 솔더 및/또는 브레이즈를 포함하는 발광 다이오드.
  101. 제99항에 있어서, 상기 본딩 영역은 금, 인듐, 솔더 및/또는 브레이즈를 포함하는 발광 다이오드.
  102. 제89항에 있어서, 상기 다이오드 영역 반대편, 상기 제1 면 부근에 광학 요소를 더 포함하는 발광 다이오드.
  103. 제89항에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 면이 상기 제1 면에서부터 상기 제2 면을 향하여 상기 기판 안으로 신장하는 복수개의 기둥을 단면상 정의하는 적어도 하나의 그루브를 포함하는 발광 다이오드.
  104. 제103항에 있어서, 상기 기둥은 삼각 기둥인 발광 다이오드.
  105. 제103항에 있어서, 상기 그루브는 경사 및/또는 곡선의 측벽을 포함하는 발광 다이오드.
  106. 제103항에 있어서, 상기 그루브는 빗각 및/또는 곡선의 바닥을 포함하는 발광 다이오드.
  107. 제105항에 있어서, 상기 그루브는 빗각 및/또는 곡선의 바닥을 포함하는 발광 다이오드.
  108. 제103항에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 면과 제2 면은 정방형 둘레를 가지는 발광 다이오드.
  109. 제103항에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 면은 텍스쳐된 표면인 발광 다이오드.
  110. 제89항에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 면이 상기 기판 안에 상기 제1 면에서부터 상기 제2 면을 향하여 상기 기판 안으로 신장하는 복수개의 기둥을 단면상 정의하는 비아홀 어레이를 포함하는 발광 다이오드.
  111. 제110항에 있어서, 상기 비아홀은 경사 및/또는 곡선의 측벽을 포함하는 발광 다이오드.
  112. 제110항에 있어서, 상기 비아홀은 편평, 빗각 및/또는 곡선의 바닥을 포함하는 발광 다이오드.
  113. 제111항에 있어서, 상기 비아홀은 편평, 빗각 및/또는 곡선의 바닥을 포함하는 발광 다이오드.
  114. 제110항에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 면과 제2 면은 정방형 둘레를 가지는 발광 다이오드.
  115. 제110항에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 면은 텍스쳐된 표면인 발광 다이오드.
  116. 제110항에 있어서, 상기 비아홀 어레이는 경사 및/또는 곡선의 비아홀을 포함하는 발광 다이오드.
  117. 제89항에 있어서, 상기 다이오드 영역은 주변 부분, 상기 주변 부분으로 둘러싸인 적어도 하나의 중심 부분, 및 상기 적어도 하나의 중심 부분 안에 구속되고 상기 주변 부분 상으로는 신장하지 않는 적어도 하나의 발광 영역을 포함하는 발광 다이오드.
  118. 제89항에 있어서, 상기 다이오드 영역 상의 복수개의 발광 영역을 더 포함하고 상기 발광 영역 각각은 상기 기둥 각각 안에 구속되고 상기 기둥 각각을 넘어서는 신장하지 않는 발광 다이오드.
  119. 제103항에 있어서, 상기 다이오드 영역 상의 복수개의 전극을 더 포함하고 상기 전극 각각은 상기 기둥 각각 안에 구속되고 상기 기둥 각각을 넘어서는 신장하지 않는 발광 다이오드.
  120. 제110항에 있어서, 상기 다이오드 영역 상에, 상기 비아홀과 중첩되지 않는 적어도 하나의 전극을 더 포함하는 발광 다이오드.
  121. 마주보는 제1 면과 제2 면을 가진 기판;
    상기 제2 면 상의 갈륨 나이트라이드계 다이오드 영역으로서, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면 상기 기판 안으로 광을 발광하도록 구성된 다이오드 영역; 및
    상기 다이오드 영역에 의해 상기 기판 안으로 발광되는 광의 적어도 일부를 상기 기판으로부터 추출하는 추출 수단을 포함하는 발광 다이오드.
  122. 제121항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 카바이드를 포함하고 상기 추출 수단은 무색의 실리콘 카바이드 기판을 제공하기 위해 상기 실리콘 카바이드 안의 도펀트를 보상하기 위한 수단을 포함하는 발광 다이오드.
  123. 제121항에 있어서, 상기 추출 수단은 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면을 향하여 상기 기판 안으로 신장하는 복수개의 기둥을 단면상으로 정의하도록 패터닝하기 위한 수단을 포함하는 발광 다이오드.
  124. 마주보는 제1 면과 제2 면을 가지고, 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 기판의 상기 제2 면 상에, 상기 소정 파장 대역 안의 광을 발광하도록 구성된 다이오드 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 면으로부터 상기 제2 면을 향하여 상기 기판 안으로 신장하는 복수개의 기둥을 단면상으로 정의하도록 상기 기판을 패터닝하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  125. 제124항에 있어서, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면 상기 다이오드 영역으로부터 상기 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 상기 기판 안으로 발광되는 광이 상기 복수개의 기둥으로부터 발광되도록 상기 다이오드 영역을 지지하게 구성된 마운팅 써포트 상으로 상기 다이오드 영역을 실장하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  126. 제124항에 있어서, 상기 제1 면을 상기 마운팅 써포트 상으로 실장하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  127. 제125항에 있어서,
    상기 실장하는 단계 전에, 상기 다이오드 영역 상에, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면, 상기 다이오드 영역으로부터 발광되는 광을 상기 복수개의 기둥으로부터 상기 기판을 통해서 상기 다이오드 영역 안으로 반사하게 구성되도록 반사막을 형성하는 단계를 수행하고,
    상기 실장하는 단계는 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면, 상기 다이오드 영역으로부터 발광되는 광을 상기 복수개의 기둥으로부터의 소정 파장 대역 안의 광 방사에 대해 투명한 상기 기판을 통해서 상기 다이오드 영역 안으로 반사하도록 상기 다이오드 영역을 지지하게 구성된 상기 마운팅 써포트 상에 상기 반사막을 실장하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  128. 제127항에 있어서,
    상기 반사막을 형성하는 단계 전에, 상기 기판 반대편, 상기 다이오드 영역 상에 투명 전극을 형성하는 단계를 수행하고,
    상기 반사막을 형성하는 단계는 상기 다이오드 영역 반대편, 상기 투명 전극 상에, 상기 다이오드 영역에 전압을 인가하면, 상기 다이오드 영역으로부터 발광되는 광을 상기 복수개의 기둥으로부터 상기 기판을 통해서 상기 다이오드 영역 안으로 반사하게 구성되도록 반사막을 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  129. 제127항에 있어서, 상기 반사막은 적어도 하나의 반사 금속층을 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  130. 제128항에 있어서, 상기 투명 전극은 니켈/금, 니켈 산화막/금, 니켈 산화막/백금, 티타늄 및/또는 티타늄/금으로 된 층을 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  131. 제127항에 있어서, 상기 실장하는 단계 전에,
    상기 반사막 상에 장벽 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 장벽 영역 상에 본딩 영역을 형성하는 단계를 수행하고,
    상기 실장하는 단계는 상기 본딩 영역을 상기 마운팅 써포트 상에 본딩하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  132. 제131항에 있어서, 상기 본딩 영역은 금, 인듐, 솔더 및/또는 브레이즈를 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  133. 제131항에 있어서, 상기 마운팅 써포트는 히트 씽크를 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  134. 제124항에 있어서, 상기 다이오드 영역 반대편, 상기 제1 면 부근에 광학 요소를 실장하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  135. 제124항에 있어서, 상기 패터닝하는 단계는 상기 기판 안에 상기 복수개의 기둥을 정의하도록 상기 기판의 상기 제1 면 안으로 적어도 하나의 그루브를 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  136. 제135항에 있어서, 상기 기둥은 삼각 기둥인 발광 다이오드 제조방법.
  137. 제135항에 있어서, 상기 그루브는 경사 및/또는 곡선의 측벽을 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  138. 제135항에 있어서, 상기 그루브는 빗각 및/또는 곡선의 바닥을 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  139. 제137항에 있어서, 상기 그루브는 빗각 및/또는 곡선의 바닥을 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  140. 제135항에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 면을 텍스쳐링하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  141. 제124항에 있어서, 상기 패터닝하는 단계는 상기 실리콘 카바이드 기판의 상기 제1 면 안으로 비아홀 어레이를 반응성 이온 에칭하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  142. 제141항에 있어서, 상기 비아홀은 경사 및/또는 곡선의 측벽을 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  143. 제141항에 있어서, 상기 비아홀은 편평, 빗각 및/또는 곡선의 바닥을 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  144. 제142항에 있어서, 상기 비아홀은 편평, 빗각 및/또는 곡선의 바닥을 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  145. 제141항에 있어서, 상기 제1 면을 텍스쳐링하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  146. 제124항에 있어서, 상기 다이오드 영역은 주변 부분과, 상기 주변 부분으로 둘러싸인 적어도 하나의 중심 부분을 포함하며, 상기 방법은
    상기 적어도 하나의 중심 부분 안에 구속되고 상기 주변 부분 상으로는 신장하지 않는 적어도 하나의 발광 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  147. 제135항에 있어서, 상기 기둥 각각 안에 구속되고 상기 기둥 각각을 넘어서는 신장하지 않는 복수개의 전극을 상기 다이오드 영역 상에 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  148. 제141항에 있어서, 상기 다이오드 영역 상에, 상기 비아홀과 중첩되지 않는 적어도 하나의 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
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