KR20040075002A - 평면형 전방향 반사기를 가진 광 방사 다이오드 - Google Patents

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KR20040075002A KR10-2004-7009162A KR20047009162A KR20040075002A KR 20040075002 A KR20040075002 A KR 20040075002A KR 20047009162 A KR20047009162 A KR 20047009162A KR 20040075002 A KR20040075002 A KR 20040075002A
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Abstract

본 발명은 LED를 형성하기 위한 반사 서브마운트 및 방법들을 가진 광 추출 효율 광 방사 다이오드에 관한 것이다. 광방사 영역은 최상부 접촉부 및 도전성 홀더 사이에 배치된다. 상기 광방사 영역은 최상부 접촉부 아래에 놓이는 영역 너머로 연장한다. 전방향 반사기는 광방사 영역 및 도전성 홀더 사이에 배치된다. 일실시예에 따라, 반사기는 최상부 접촉부 아래에 놓이는 영역을 넘어서는 영역에 일치되도록 구성된 하나 이상의 전기 도전성 접촉부들을 포함한다. 일실시예에 따라, 반사기는 약 1.0 및 2.25 사이의 굴절율을 가진 유전체 층, 반사기를 통하여 연장하는 접촉부들 및 반사 도전막을 포함한다.

Description

평면형 전방향 반사기를 가진 광 방사 다이오드 {LIGHT-EMITTING DIODE WITH PLANAR OMNI-DIRECTIONAL REFLECTOR}
LED들은 전류가 반도체 광 방사 영역을 통하여 통과될때 하나 이상의 적외선, 가시광선 및 자외선 스펙트럼 영역들의 광을 방사한다. 도 1에 도시된 바와같이, 일반적인 LED(1)는 550nm - 700 nm 파장 범위의 광을 방사한다. LED(1)는 갈륨 비소(GaAs) 기판(3)과 격자 매칭된 알루미늄 갈륨 인듐 인화물(AlGaInP) 활성 영역(2)을 포함한다. 활성 영역(2)은 두개의 반대로 도핑된 제한 층들(5)에 의해 둘러싸인 광 방사 영역(4)을 포함한다. LED(1)는 GaAs 기판(3)의 광 흡수 특성으로 인해 흡수 기판 광 방사 다이오드(AS-LED)라 한다. 활성 영역 재료의 구성물에 대한 화학식은 (AlxGa1-x)0.5Ino.5P이고, 여기서 x는 0.0과 1.0 사이에서 가변할 수 있다. 이 화학 구성물은 일반적으로 AlGaInP로서 축약된 (AlxGa1-x)0.5Ino.5P가 GaAs 기판(3)과 격자 매칭되는 것을 보장한다.
통상적으로, AS-LED(1)는 활성 영역(2)상에 놓이는 윈도우(6)를 포함한다.윈도우(6)는 Al 및 In 같은 작은 양의 다른 엘리먼트들을 또한 포함하는 갈륨 인화물(GaP)로 구성될 수 있다. 윈도우(6)는 또한 알루미늄 갈륨 비소, 또는 일반적으로 AlGaAs로서 축약된 AlxGa1-xAs로 구성될 수 있다. 통상적으로 고도전성 금속 또는 합금을 포함하는 광학적으로 불투명한 상부 접촉부(9)는 윈도우(6)상에 형성되고, 고도전성 기판 접촉부(10)는 활성 영역(2) 반대편 기판(3)에 인접하게 형성된다. 윈도우(6)는 상기 윈도우(6)가 도 2에 도시된 바와같이 상부 접촉부(9)에 의해 커버된 것보다 큰 영역상으로 전류를 분배하기 때문에, 또한 전류 스프레드 층이라 불린다. 광 방사 영역(4)을 포함하는 활성 영역(2)은 이중 헤테로구조(DH)이거나, 보다 일반적으로 종래 기술에서 공지된 바와같이 다중 양자 우물(MQW) 구조일 수 있다.
전류가 활성 영역(2)을 통하여 최상부 접촉부(9)와 기판 접촉부(10) 사이를 통과할때, 광은 도 2의 점선의 광 방사 프로파일(7)에 의해 도시된 바와같이 광 방사 영역(4)으로부터 전방향으로 방사된다. 광 방사 프로파일(7)은 광 방사 영역(4)의 전류 세기에 대응한다. 기판(3)쪽으로 방사된 광은 GaAs 기판(3)에 의해 흡수된다. 기판(3)으로부터 먼 방향으로 방사되고 윈도우(6)의 최상부 또는 최하부 표면들에 대해 거의 수직 또는 수직의 입사각을 가진 광은 LED(1)로부터 방사된다. 그러나, 윈도우(6)에 대해 비스듬한 입사 각을 가진 광은 윈도우의 최상부 표면에서 반사되고 그후에 기판(3)에 의해 흡수될 수 있다.
AS-LED(1)의 광 추출 효율성을 개선하기 위한 노력에서, 분배된브래그(Bragg) 반사기(DBR)(8)는 활성 영역(2) 및 기판(3) 사이에 배치될 수 있다. 그러나, 가장 높은 반사도를 제공하는 온 공진 파장들 및 수직 입사 각도들을 가진 DBR(8)은 단지 부분적으로 반사적이다. DBR(8)에 의해 반사되지 않은 광은 GaAs 기판(3)에 의해 흡수될것이다.
도 3-7은 다른 LED 구조를 도시한다. 이 구조가 투명한 기판(13)으로 형성되기 때문에, LED(11)는 TS-LED(11)이라 불린다. 활성 영역(12)은 GaAs 기판(13a)(AS-LED 1에 대하여 유사하게)상에 형성된다. 그 다음, GaP 또는 AlGaAs 윈도우(16)는 활성 영역(12)상에 형성되고, GaAs 기판(13a)은 상기 구조에서 제거된다. 다음, 활성 영역(12) 및 GaP 또는 AlGaAs 윈도우(16)는 투명한 GaP 기판(13)에 본딩된 웨이퍼이다. 활성 영역(12)으로부터 투명한 GaP 기판(13)쪽으로 방사된 광은 흡수되지 않고 투명한 GaP 기판(13)을 통하여 통과하고 GaP 기판(13)으로부터 탈출하거나 장치 패키징(도시되지 않음)에 의해 반사된다.
비록 TS-LED(11)가 AS-LED(1) 보다 우수한 광 추출 효율성을 제공하지만, TS-LED(11)는 몇가지 단점들을 가진다. 활성 영역(12) 및 투명한 GaP 기판(13) 사이에서 반도체 대 반도체 웨이퍼 본딩은 높은 정밀도를 요구하고 오염에 극히 민감하여, 처리 비용이 높고 처리 수율은 낮다. TS-LED(11)의 다른 단점은 투명한 GaP 기판(13)이 비싸다는 것이다. 게다가, GaP/AlGaInP 인터페이스 및 GaP 기판은 AS-LED(1)와 비교할때 보다 높은 순방향 전압을 형성한다. 보다 높은 순방향 전압은 TS-LED(11)의 휴율성을 감소시킨다.
본 발명은 일반적으로 광 방사 다이오드(LED), 특히 광 추출 효율을 개선하기 위한 전방향 반사기를 가진 LED에 관한 것이다.
도 1은 종래 AS-LED의 단면도.
도 2는 종래 AS-LED에서 전류 스프레드 층을 도시한 도.
도 3-7은 종래 TS-LED에 대한 제조 공정의 일련의 단계들을 도시한 도.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반사 서브마운트 LED의 단면도.
도 9는 도 8의 라인 9-9를 따라 일반적으로 얻어진 도 8의 반사 서브마운트 LED의 단면도.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반사 서브마운트 LED에서 전류 스프레드 층의 효과를 도시한 도.
도 11-17은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반사 서브마운트 LED에 대한 제조 방법의 순차적 단계들을 도시한 도.
도 18은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 반사 서브마운트 LED의 단면도.
도 19는 라인 19-19를 따라 얻어진 도 18의 반사 서브마운트 LED의 단면도.
도 20-24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사 서브마운트 LED에 대한 제조 방법의 순차적 단계들을 도시한 도.
그러므로, 바람직하지 않은 비용, 낮은 수율 및 TS-LED의 순방향 전압없이 높은 광 추출 효율성을 제공하는 LED가 필요하다.
이것 및 다른 요건들, 및 그 목적 측면을 만족시키기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예는 반사 서브마운트(submount)를 가진 높은 추출 효율성 광 방사 다이오드를 제공한다. 광 방사 영역은 최상부 접촉부 및 도전성 홀더(holder) 사이에 배치되고 최상부 접촉부 아래에 놓이는 영역 너머로 연장한다. 전방향 반사기는 활성 영역 및 도전성 홀더 사이에 배치된다. 일실시예에 따라, 반사기는 최상부 아래에 놓이는 영역 너머 영역에 일치하도록 구성된 하나 이상의 도전성 접촉부들을 포함한다. 일실시예에 따라, 반사기는 약 1.10 내지 2.25 사이의 굴절율을 가진 유전체 층, 상기 유전체 층을 통하여 연장하는 접촉부, 및 금속으로 구성된 반사 도전성 필름을 포함한다.
다음 일반적인 설명 및 다음 상세한 설명 모두는 예시적이고, 본 발명을 제한하지 않는다는 것이 이해된다. 본 발명은 AlGaInP 재료 시스템의 측면에서 기술될 것이다. 그러나, 본 발명이 다른 재료들로 구성된 LED들, 특히 GaAs, AlGaAs, GaN, GaInN, AlGaN 및 AlGaInN으로 구성된 광 방사 영역들을 가진 LED들에서 실행하도록 변형된다는 것이 주의된다.
본 발명은 첨부 도면과 관련하여 판독될때 다음 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 일반적인 실행에 따라, 도면의 다양한 피쳐들이 비례적이지 않다는 것이 강조된다. 대조하여, 다양한 피쳐들의 크기들은 명확화를 위하여 임의적으로 확대 또는 축소된다. 도면은 다음 특징이 포함된다.
유사한 참조 번호들은 유사한 엘리먼트들을 나타내는 도면을 참조하여, 도 8 및 도 9는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 반사 서브마운트 광 방사 다이오드(RS-LED)(101)를 도시한다. 예시적인 RS-LED(101)는 아래쪽(최상부 윈도우로부터 멀어지는 쪽)으로 방사된 광을 반사함으로써 바람직한 광 출력을 제공한다. 도 8 및 도 9에 도시된 RS-LED(101)는 또한 광 방사 프로파일이 광학적으로 불투명한 최상부 접촉부 아래로부터 시프트되도록 바람직하게 전류를 분배하여, 보다 많은 방사된 광이 장치를 빠져나가게 한다.
이 서류에서 사용된 바와같이, 용어들 최상부, 상부, 위쪽 및 유사한 것들은 대응 도면의 최상부쪽 방향을 가리키고, 상기 대응 도면의 최상부쪽 방향은 광이 완성된 장치로부터 방사되는 방향에 해당한다. 용어 투명함은 광(관련 주파수 범위에서)이 구성물 또는 구조물을 통하여 통과하여 거의 또는 아예 흡수가 발생하지 않는 것을 의미한다.
도 8의 예시적인 RS-LED(101)는 최상부에서 최하부쪽으로, 최상부 접촉부(109), 최상부 윈도우(160), 활성 영역(120), 최하부 윈도우(161), 반사기(180) 및 도전성 홀더(190)를 포함한다. 활성 영역(120)은 최하부 제한층(126) 및 최상부 제한층(125) 사이에 샌드위치된 방사 영역(124)을 포함한다. 도 8에 도시되고 하기에 기술된 장치는 바람직하게 P-업(up) 구조로 성장되고: 반도체 구조들은 광 방사 영역(124)이 P 타입인후 성장되고 반도체 구조들은 광 방사 영역(124)이 N 타입이기전 성장된다. 그러나, N-업 구조를 가진 실시예들이 또한 본 발명의 범위내에서 고려된다는 것이 주의되어야 한다. 비록 P 타입 업 성장이 일반적으로 바람직하지만, n 타입 업 성장도 가능하다.
제한층(125)은 예를들어 약 5.0EE16 및 1.0EE18 atm/cm3사이 농도의 Mg 또는 Zn 이온들 같은 P 타입 도판트로 도핑된 AlGaInP를 포함할 수 있다. 최하부 제한 층(126)은 예를들어 약 5.0EE16 및 1.0EE18 atm/cm3사이 농도의 SI 또는 Te 이온들 같은 N 타입 도판트로 도핑된 AlGaInP를 포함할 수 있다. 방사 영역(124)은 예를들어 균일한 구성물의 반도체 층, 이중 헤테로구조(DH) 또는 보다 일반적으로 AlGaInP를 포함하는 다중 양자 우물(MQW)을 포함할 수 있다.
최상부 및 최하부 윈도우들(160, 161)은 각각 낮은 In 함량을 가진 GaP, AlGaInP, AlInP, AlGaAs 또는 GaInP 같은 투명한 전기 도전성 재료를 각각 포함한다. 최상부 윈도우(160)는 예를들어 약 1.0EE17 및 1.0EE19 atm/cm3사이 농도의 Mg 또는 Zn 이온들 같은 P 타입 도판트로 도핑된 AlGaInP를 포함할 수 있다. 최하부 윈도우(161)는 또한 약 1.0EE17 및 1.0EE19 atm/cm3사이 농도의 Sl 또는 Te 이온들 같은 N 타입 도판트로 도핑된 AlGaInP를 포함할 수 있다. 윈도우들(160, 161)은 일반적으로 투명하여, 상기 윈도우들을 통하여 투과된 광의 최소 부분만을 흡수한다. GaP 격자가 GaAs 기판과 격자 매칭되는 AlGaInP 격자와 미스매칭을 유발하기 때문에, GaP가 활성 영역(120) 다음 성장되는 최상부 또는 최하부 윈도우(160, 161)에 사용되어야 한다는 것이 주의된다. 최상부 윈도우(160)는 약 1 및 25 미크론 사이, 바람직하게 약 5 및 20 미크론 사이의 두께를 가진다. 최하부 윈도우(161)는 약 1 및 25 미크론 사이, 바람직하게 약 1 및 15 미크론 사이의 두께를 가진다. 최상부 윈도우(160)는 도 10에 도시된 바와같이 최상부 접촉부(109)의 경계를 넘어 전류를 스프레드한다. 최하부 윈도우(161)는 오움 접촉부들(182) 사이에 전류를 스프레드한다.
반사기(180)는 투명 층(183), 오움 접촉부들(182) 및 반사막(184)을 포함한다. 투명 층(183)은 낮은 굴절율, 바람직하게 약 1.10 및 2.25 사이의 굴절율을 가진다. 도 8 및 도 9에 도시된 예시적인 실시예에서, 투명 층(183)은 실리콘 이산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4) 또는 마그네슘 플루오르화물(MgF) 같은 저굴절율 절연 재료를 포함한다. 투명 층(183)의 두께(th)는 대략 다음 방정식에 의해 근사화된다.
th = λ/(4n) (방정식 1)
여기서 λ는 LED의 피크 방사 파장이고 n은 투명층(183)의 굴절율이다. 이 두께는 넓은 범위의 입사 각도들 이상에서 투명한 층(183)을 때리는 광이 높은 반사도로 반사되는 것을 보장하는 것을 돕는다.
투명 층(183)을 통하여 패턴(181)으로 구성된 오움 접촉부들(182)의 어레이가 연장한다. 오움 접촉부들(182)은 투명 층(183)에서 최상부 접촉부(109)에 대응하도록 배치된 중앙부(185)를 형성한다. 오움 접촉부들(182)은 저저항 접촉부들 위에 놓이는 반도체 층들에 제공되고 N 타입 오움 접촉부들에 대하여 AuGe-Ni-Au 같은 금속 구성물 및 P 타입 접촉부들에 대하여 AuZn 또는 AuBe 같은 금속 구성물을 포함할 수 있다. 도 9에 도시된 바와같이, 오움 접촉부들(182)은 반사막(184) 및 최하부 윈도우(161) 사이에 작은 부분의 인터페이스 영역을 포함한다. 오움 접촉부들(182)은 인터페이스 영역의 약 0.25 내지 10 퍼센트를 포함한다. 이런 작은오움 접촉부 표면 영역은 도달된 광 부분을 증가시키고 아래놓여있는 반사 필름(184)에 의해 반사된다. 차례로 반사의 증가는 LED 광 추출 효율성을 증가시킨다.
패턴(181)은 최상부 윈도우(160)의 전류 스프레딩 기능을 강화시킨다. 도 10에 도시된 바와같이, 전류는 절연 투명 층(183)의 중앙부(185)를 포함하는 절연 투명층(183)을 통하여 통과되는 것이 방지되고 대신 접촉부들(182)쪽으로 인출된다. 접촉부들(182)이 최상부 도전체(109) 아래에 놓이지 않는다는 것이 주의된다. 따라서, 방사 영역(124)에서 전류 분배(점선 광 방사 프로파일 124A의 폭에 의해 표현됨)는 최상부 도전체(109) 아래놓이는 방사 영역(124)의 부분에서 보다 최상부 도전체(109) 너머 방사 영역(124) 부분에서 크다. 결과적으로, 보다 작은 부분의 방사된 광이 불투명한 최상부 접촉부(109)에 의해 반사, 산란, 또는 흡수된다.
반사 필름(184)은 높은 반사도를 가진 전기 도전성 재료를 포함하여, 전기 접촉부 및 반사기 모두로서 사용한다. 반사 필름(184)에 적당한 재료들은 은(Ag) 및 알루미늄(Al)을 포함한다. 반사 필름(184)의 높은 반사도와 결합된 투명층(183)의 두께 및 저굴절율은 아래족으로 방사된 거의 모든 광이 흡수되기 보다 오히려 반사되게 하여, 추출 효율성을 강화시킨다.
도 8에 도시된 도전성 홀더(190)는 반사 필름(184)에 부착되어, 구조적 안정성 및 전기 접촉부를 제공한다. 도전성 홀더(190)는 예를들어 도전성 금속 구조 또는 그 최상부 및 최하부 면들상에 금속 코팅을 가진 실리콘 웨이퍼일 수 있다. RS-LED(101)의 활성 영역(120) 및 윈도우들(160, 161)은 50 미크론 두께 미만으로얇고 결과적으로 기계적으로 부서지기 쉽다. 도전성 홀더(190)는 구조적 안정성을 제공하기에 충분한 두께를 가진다. 예시적인 실시예에서, 반사 필름(184) 및 도전성 홀더(190)의 인터페이스는 금속 대 금속이다. 그러므로, 도전성 홀더(190)는 도전성 접착제를 사용하여 납땜 또는 접착 같은 고수율 처리를 사용하여 반사 필름(184)에 기계적 및 전기적으로 접속될 수 있고, 따라서 TS-LED(11)의 반도체 대 반도체 웨이퍼 본딩 문제들을 방지한다.
도 11-17을 참조하여, 하나의 예시적인 방법이 RS-LED(101)를 형성하기 위하여 제공된다. 최하부 윈도우(161), 활성 영역(120) 및 최상부 윈도우(160)(공통적으로 반도체 또는 에피텍셜 층들을 포함함)는 GaAs 기판(201)상에 순차적으로 형성된다. 에피텍셜 층들은 예를들어 AlGaInP 화학물을 가진 금속 유기 기상 에피텍셜(MOVPE) 처리를 사용하여 형성될 수 있다. 최하부 윈도우(161)는 바람직하게 약 1 내지 15 미크론의 두께로 증착되거나 성장된다. 최하부 제한 층(126)은 최하부 윈도우(161)상에 증착되거나 성장된다. 최하부 제한 층(126)은 예를들어 연속적인 MOVPE에 의해 증착되거나 성장된다. 윈도우 층들 및 제한 층들은 상기 층들의 전기 도전성 및 PN 접합 형성을 보장하도록 도핑된다.
AlGaInP 광 방사 영역(124)은 최하부 제한 층(126)상에 형성된다. 광방사 영역(124)은 예를들어 공지된 기술과 같이 DH 또는 MQW 구조를 포함할 수 있다. 다음 최상부 제한층(125) 및 최상부 윈도우(160)는 방사 영역(124)상에 순차적으로 증착되거나 성장된다. 최상부 제한층(125) 및 최상부 윈도우(160)는 Mg 또는 Zn 이온들 같은 P 타입 도판트로 도핑되고, 상기 최상부 윈도우(160)는 최상부 제한층(125) 보다 높은 도판트 농도를 가진다. 선택적으로, AlInP 또는 AlGaAs 화학물은 윈도우들(160, 161)에 대한 AlGaInP 화학물 대신 사용될 수 있다. 또한, GaP 화학물은 본 발명의 방법에서 활성 영역(120) 다음에 형성되는 최상부 윈도우(160)를 위하여 사용될 수 있다.
에피텍셜 층들이 MOVPE 처리를 사용하여 증착되거나 성장된후, 최상부 접촉부(109)는 최상부 윈도우(160)상에 형성된다. 최상부 접촉부(109)는 예를들어 증착 및 패터닝 처리에 의해 형성되는 알루미늄 또는 금에 의해 커버된 AuZn 또는 AuBe 합금 같은 도전성 금속을 포함할 수 있다. 상기 합금들은 P 타입 반도체들과 접촉을 형성한다. 그 다음, 임시적인 홀더(203)는 왁스 또는 다른 제거 가능한 물질에 의해 최상부 접촉부(109) 및 최상부 윈도우(160)에 부착되고, 기판(201)은 에피텍셜 층들로부터 제거된다. 기판(201)의 벌크(bulk)는 화학 기계적 폴리싱 처리에 의해 제거될 수 있고, 최종적으로 약 20 미크론이 선택적 습식 화학 에칭에 의해 제거된다.
도 15에 도시된 후면측 처리는 기판(201)의 제거후 수행된다. 오움 접촉부들(182)의 패턴(181)은 형성되고, 저굴절율을 가진 투명층(183)을 통하여 연장한다. 투명층(183)은 인버트된 에피텍셜 층들(즉, 도 15에 도시된 위치에서 뒤집어진 위치에서, 아래쪽에 임시 홀더 203를 가짐)을 가진 최하부 윈도우(161)상에 증착에 의해 형성될 수 있고, 그 다음 포토리소그래피 처리를 사용하여 오움 접촉부들(182)에 개구부들을 형성하도록 패턴화된다. 그 다음 오움 접촉부들(182)은 다른 포토리소그래픽 처리에 의해 형성될 수 있다. 상기된 바와같이, 오움접촉부들(182)은 AuGe-Ni-Au 같은 금속화부를 포함할 수 있다. 상기 합금들은 N 타입 반도체들에 대한 접촉부를 형성한다.
선택적으로, 패턴(181)은 금속 층의 블랭킷 증착 및 상기 블랭킷 금속 층 패턴화에 의해 형성될 수 있다. 그 다음 투명 층(183)은 패턴(181)상에 형성되고 오움 접촉부들(182)을 노출시키기 위하여 평탄화된다. 선택적으로, 투명층(183)은 접촉 바이어스들을 형성하기 위하여 블랭킷 증착되고 패턴화될 수 있다. 그 다음 반사 필름(184)은 투명층(183) 및 오움 접촉부들(182)상에 형성되어, 오움 접촉부들(182)을 통하여 반사 필름(184) 및 에피텍셜 층들 사이에 전기적 연속성을 제공한다.
도전성 홀더(190)는 도전성 부착, 납땜, 또는 기계적 부착력 및 전기 도전성을 제공하는 다른 처리에 의해 반사 필름(184)에 부착된다. 도전성 홀더(190)를 반사 필름(184)에 부착하는 것은 TS-LED(11)와 관련된 정밀한 웨이퍼 대 웨이퍼 본딩을 요구하지 않다는 것이 주의되어야 한다. 도전성 홀더(190)가 부착된후, 임시적인 홀더(203)는 제거된다.
다른 예시적인 RS-LED(301)는 도 18 및 도 19에 도시된다. 에피텍셜 층들(160, 120, 161) 및 최상부 접촉부(109)는 상기되고 도 8-17에 도시된 예시적인 실시예와 유사하다. 다른 RS-LED(301)는 최하부 윈도우(161) 아래에 놓이는 반사기(380)를 포함한다. 반사기(380)는 도전성 저굴절율 영역(382) 및 절연 저굴절율 영역(383)을 가진 굴절층을 포함한다. 도전성 저굴절율 영역(382)에는 최상부 도전체(109)에 대응하도록 배치된 중앙부(385)가 구성된다. 도전성 저굴절율영역(382)은 약 1.10 내지 2.25 사이의 굴절율을 가진 주로 ITO라 불리는 InSnO 같은 전기 도전성 재료를 포함할 수 있다. 절연 저굴절 영역(383)은 약 1.10 및 2.25 사이의 굴절율을 가진 SiO2또는 Si3N4같은 전기 절연 재료를 포함할 수 있다. 절연 저굴절 영역(383)은 최소한 중앙부(385)에 형성된다. 상기된 실시에서, 굴절층의 두께(th)는 방정식 1(th = λ/4n)에 의해 근사화된다.
RS-LED를 형성하기 위한 다른 예시적인 방법은 도 20-24에 도시된다. 에피텍셜 층들(160, 120, 161)은 상기된 바와같이 GaAs 기판(201)상에 성장 또는 증착된다. 에피텍셜 층들의 형성후, 후면측 처리가 도 21에 도시된 바와같이 수행된다. 절연 저굴절율 층(183)은 상기 절연 저굴절율 층(183)에 오움 접촉부들(182)의 증착후 형성 및 패턴화된다. 선택적으로, 오움 접촉층은 오움 접촉부들(182)을 형성하기 위하여 블랭킷 증착되고 패턴화되며, 절연 저굴절율 층(183)은 오움 접촉부들(182) 사이에 증착된다. 평탄화 단계들은 요구된 바와같이 수행될 수 있다. 그 다음 굴절 금속 필름(184)은 오움 접촉부들(182) 및 절연 저굴절율 층(183)상에 형성된다. 오움 접촉부들(182), 절연 저굴절율 층(183) 및 반사 필름(184)의 재료들 및 두께는 상기된 실시예와 유사하다.
도전성 홀더(190)는 도 22에 도시된 바와같이 반사 필름(184)에 부착된다. 그 다음, 기판(201)은 도 23에 도시된 바와같이 제거되고, 최상부 접촉부(109)는 도 24에 도시된 바와같이 최상부 윈도우(160)상에 형성된다. 이런 다른 예시적인 방법은 최하부 윈도우(161)가 활성 영역(120) 다음에 형성되도록 하여, 최하부 윈도우(161)는 GaAS에 대해 격자 미스매칭되는 GaP 또는 다른 재료들일 수 있다.
LED의 표면 텍스튜어링(또한 표면 거칠기 형성 작업이라 함)이 LED의 광 추출 효율성을 증가시킬 수 있다는 것이 일반적으로 공지되어 있다. 표면 텍스튜어링은 임의의 거칠기 형성 작업, 격자 구조들의 형성 및 광자 밴드갭(bandgap) 구조들의 형성을 포함할 수 있다. 표면 텍스튜어된 구조들은 당업자에게 잘 공지되어 있다. 상기 표면 텍스튜어링은 본 발명에 적용되어 LED로부터 광 추출을 증가시킨다. 예를들어, 도 8, 도 10, 또는 도 18의 층(160)의 최상부 표면은 표면 텍스튜어될 수 있다.
비록 특정 실시예들을 참조하여 상기에서 도시 및 기술되었지만, 본 발명은 도시된 항목들로 제한될 의도는 없다. 오히려, 다양한 변형들은 청구항들의 등가 범위내의 항목들에서 이루어지고 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는다.

Claims (29)

  1. 광 방사 다이오드로서,
    최상부 접촉부 아래에 놓이는 영역을 한정하는 최상부 접촉부;
    도전성 홀더;
    상기 최상부 접촉부 및 상기 도전성 홀더 사이에 배치되고 상기 최상부 접촉부 아래놓이는 영역 너머로 연장하는 광 방사 영역; 및
    상기 광 방사 영역 및 도전성 홀더 사이에 배치된 전방향 반사기를 포함하고, 상기 전방향 반사기는 상기 최상부 접촉부 아래놓이는 영역을 벗어난 영역에 배치되도록 구성된 하나 이상의 전기 도전성 접촉부들을 가지는 광 방사 다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전기 도전성 접촉부들은 약 1.10 및 2.25 사이의 굴절율을 가진 유전체 층에 배치되는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 유전체 층은 실리콘 이산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 유전체 층은 실리콘 질화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 유전체 층은 마그네슘 플루오르화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 유전체 층은 추출된 광의 대략 1/4 파장에 비례하고 굴절율에 역비례하는 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전기 도전성 접촉부들은 유전층의 단면 영역의 1/2 미만을 커버하는 오움 접촉부들 패턴인 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 오움 접촉부들의 패턴은 유전체 층 단면 영역의 1/10 미만을 커버하는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 전방향 반사기는 상기 최상부 접촉부 아래에 놓이는 약 1.10 및 2.25 사이의 굴절율을 가진 절연층 및 상기 최상부 접촉부의 주변 너머 영역 아래에 놓이는 약 1.10 및 2.25 사이의 굴절율을 가진 단일 도전성 접촉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 절연층은 실리콘 이산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 도전성 접촉부는 인듐 주석 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  12. 광 방사 다이오드로서,
    두개의 반대 도전 타입 제한층들을 가지는 활성 영역 - 상기 광 방사 영역은 상기 층들 사이에 배치됨 -; 및
    상기 광 방사 영역에 대향하는 제한 층들중 제 1 제한 층에 인접한 전방향 반사기를 포함하는 광 방사 다이오드.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 각각의 제한층에 인접하게 배치되고 광 방사 영역과 대향하는 윈도우를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 광 방사 영역은 다중 양자 우물 구조를 포함하고, 상기 제한층들은 p 타입 도판트로 도핑된 AlGaInP 및 n 타입 도판트로 도핑된 AlGaInP를포함하고, 적어도 하나의 상기 윈도우들은 도핑된 AlGaInP를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 윈도우들중 하나는 필수적으로 GaP를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 최상부 윈도우는 GaP를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 최하부 윈도우는 GaP를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 최상부 및 최하부 윈도우들은 약 1 및 25 미크론 사이의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 최상부 윈도우는 약 5 및 20 미크론 사이의 두께를 가지며 상기 최하부 윈도우는 약 1 및 15 미크론 사이의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  20. 제 12 항에 있어서, 상기 전방향 반사기는 저굴절율을 가진 유전체 층, 상기 유전체 층을 통하여 연장하는 오움 접촉부들의 어레이, 및 상기 광방사 영역에 대향하는 유전체 층에 인접하게 배치된 금속 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 오움 접촉부들의 어레이는 상기 최상부 접촉부들의 주변부를 넘어서는 영역 아래에 놓이는 패턴에 배치되는 것을 특징으로 하는 광 방사 다이오드.
  22. 광 방사 다이오드를 형성하는 방법으로서,
    기판상에 에피텍셜 층들을 형성하는 단계 - 상기 에피텍셜 층들은 광 방사 영역을 포함함 -;
    상기 에피텍셜 층들상에 최상부 접촉부를 형성하는 단계;
    상기 최상부 접촉부 및 상기 에피텍셜 층들에 임시 홀더를 부착하는 단계;
    기판을 제거하는 단계;
    상기 에피텍셜 층들상에 전방향 반사기를 형성하는 단계;
    상기 전방향 반사기에 도전성 홀더를 부착하는 단계; 및
    상기 임시 홀더를 제거하는 단계를 포함하는 광방사 다이오드 형성 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 에피텍셜 층들은 최상부 및 최하부 제한층들 및 최상부 및 최하부 윈도우들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광방사 다이오드 형성 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 광방사 영역, 상기 최상부 및 최하부 제한층들, 및 적어도 하나의 최상부 및 최하부 윈도우들은 알루미늄 갈륨 인듐 인화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광방사 다이오드 형성 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 최상부 및 최하부 윈도우들중 하나는 갈륨 인화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광방사 다이오드 형성 방법.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 전방향 반사기는 유전체 층을 통하여 연장하고 상기 최상부 접촉부의 주변을 넘어서는 영역 아래에 놓이는 오움 접촉부들의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 광방사 다이오드 형성 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 전방향 반사기는 에피텍셜 층들상에 약 1.10 및 2.25 사이의 굴절율을 가진 블랭킷 유전체 층을 증착하고, 유전체 층에 개구부를 형성하기 위하여 유전체 층을 패터닝하고, 상기 개구부들에 오움 접촉부들을 형성함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 광방사 다이오드 형성 방법.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 전방향 반사기는 브랭킷 도전층을 형성하고, 상기 최상부 접촉부의 주변부를 넘어서는 영역 아래에 놓이는 패턴에 하나 이상의 도전 접촉부들을 형성하기 위하여 도전층을 패터닝하고, 도전 접촉부들을 가지지 않는 영역들에서 약 1.10 및 2.25 사이의 굴절율을 가진 유전체 층을 형성함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 광방사 다이오드 형성 방법.
  29. 광 방사 다이오드 형성 방법으로서,
    기판상에 에피텍셜 층들을 형성하는 단계 - 상기 에피텍셜 층들은 광 방사 영역을 포함함 -;
    상기 에피텍셜 층들상에 전방향 반사기를 형성하는 단계;
    상기 전방향 반사기에 도전성 홀더를 부착하는 단계;
    상기 기판을 제거하는 단계; 및
    상기 도전성 홀더에 대향하는 에피텍셜층들 상에 최상부 접촉부를 형성하는 단계를 포함하는 광 방사 다이오드 형성 방법.
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