KR20110106347A - 고반사율 복합층 - Google Patents

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KR20110106347A
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Abstract

방출 효율을 향상시키기 위해 LED에 통합되는 고반사율 복합층(62)을 갖는 고효율 발광 다이오드를 개시한다. 발광 다이오드 칩의 일실시예는, LED와, 활성 영역(54)으로부터 방출된 광을 반사하기 위해 LED에 통합되는 고반사율 복합층(62)을 포함한다. 복합층은, 제1 층(66)과, 제1 층(66) 상의 서로 교번하는 복수의 제2 층(68) 및 제 3층(70)과, 복수의 제2 층 및 제3 층의 최상부 상의 반사층(71, 126)을 포함한다. 제2 층과 제3 층은 상이한 굴절률을 가지며, 제1 층의 두께는 제2 층과 제3 층 중의 가장 두꺼운 층의 두께의 3배 이상이다. LED에 통합되는 복합층의 경우, 복합층을 관통하는 도전성 비아(128)가 포함되어, 전기 신호를 복합층을 통과하여 LED에 보낼 수 있다.

Description

고반사율 복합층{COMPOSITE HIGH REFLECTIVITY LAYER}
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반사율이 높은 컨택을 갖는 발광 다이오드 및 이 컨택을 형성하는 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드는 전기 에너지를 광으로 변환하는 솔리드 스테이트 소자이며, 일반적으로 반대로 도핑된 층 사이에 개재된 하나 이상의 반도체 재료의 활성층을 포함한다. 도핑층 양단에 바이어스가 인가될 때, 정공 및 전자가 활성층 내로 주입되어 재결합함으로써 광을 생성한다. 이 광은 활성층 및 LED의 전체 표면으로부터 방출된다.
전형적인 LED의 경우에는 가장 높은 방출 효율로 작동하는 것이 요망되며, 발광 효율을 측정할 수 있는 한 가지 방식은 입력 전원에 관련한 방출 세기 또는 와트 당의 루멘(lumen)에 의해 이루어진다. 발광 효율을 최대화하는 한 가지 방식은 LED의 활성 영역에 의해 방출되는 광의 추출을 최대화하는 것이다. 단일의 아웃-커플링 표면(out-coupling surface)을 갖는 종래의 LED에 대해, 외부 양자 효율(external quantum efficiency)은 LED의 발광 영역으로부터의 광의 내부 전반사(TIR : total internal reflection)에 의해 제한될 수 있다. TIR은 LED의 반도체와 그 주변 분위기 간의 굴절률에서의 커다란 차이에 의해 야기될 수 있다. 일부 LED는 에폭시와 같은 주변 재료의 굴절률에 비하여 기판의 굴절률이 높기 때문에 상대적으로 높은 광 추출 효율을 갖는다. 이 차이는 활성 영역으로부터의 광선이 기판으로부터 에폭시 내로 투과하여 궁극적으로는 LED 패키지로부터 벗어나게 될 수 있는 소형의 에스케이프 콘(escape cone)을 야기한다. LED 패키지로부터 벗어나지 못한 광은 반도체 재료에서 흡수되거나 또는 광을 반사하는 표면에서 흡수될 수 있다.
TIR을 감소시키고 전체적인 광 추출을 향상시키기 위해 다른 접근 방법들이 개발되었으며, 그 중 더욱 각광받는 것 중의 하나는 표면 텍스처링(surface texturing)이다. 표면 텍스처링은 광자가 에스케이프 콘을 찾아낼 기회를 여러 번 제공해주는 가변 표면을 제공함으로써 광이 벗어날 확률을 증가시킨다. 에스케이프 콘을 찾아내지 못한 광은 지속적으로 TIR을 겪게 되고, 에스케이프 콘을 찾을 때까지 텍스처된 표면으로부터 상이한 각도로 반사된다. 표면 텍스처링의 이점은 여러 문헌에 설명되어 있다(Windisch 등에 의해 발표된 Impact of Texture -Enhanced Transmission on High - Efficiency Surface Textured Light Emitting Diodes, Appl. Phys. Lett., Vol. 79, No. 15, Oct. 2001, Pgs. 2316-2317; Schnitzer 등에 의해 발표된 30% External Quantum Efficiency From Surface Textured, Thin Film Light Emitting Diodes, Appl. Phys. Lett., Vol 64, No. 16, Oct. 1993, Pgs. 2174-2176; Windisch 등에 의해 발표된 Light Extraction Mechanisms in High - Efficiency Surface Textured Light Emitting Diodes, IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 8, No. 2, March/April 2002, Pgs. 248-255; Streubel 등에 의해 발표된 High Brightness AlGaNInP Light Emitting Diodes, IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 8, No. March/April 2002를 참조하기 바란다).
Cree Inc.에 양도되어 있는 미국 특허 제6,657,236호 또한 LED에서의 광 추출을 향상시키기 위해 반도체층 상에 형성된 구조를 개시하고 있다.
광 추출 효율을 증가시키기 위한 또 다른 방식은 광을 반사하는 반사 표면을 제공하여 LED 칩 또는 LED 패키지로부터의 유용한 방출에 기여할 수 있도록 하는 것이다. 도 1에 예시된 대표적인 LED 패키지(10)에서, 하나의 LED 칩(12)이 솔더 본드 또는 도전성 에폭시를 통해 반사성 컵(reflective cup)(13) 상에 탑재된다. 하나 이상의 와이어 본드(11)가 LED 칩(12)의 오믹 컨택을 반사성 컵(13)에 부착되거나 일체화될 수 있는 리드(15A 및/또는 15B)에 접속시킨다. 반사성 컵은 형광체(phosphor)와 같은 파장 변환 재료를 포함할 수도 있는 인캡슐런트 재료(16)로 채워질 수 있다. LED에 의해 제1 파장으로 방출된 광은 형광체에 의해 흡수될 수 있고, 이 형광체가 그에 응답하여 제2 파장의 광을 방출할 수 있다. 전체 어셈블리는 그 후 LED 칩(12)으로부터 방출된 광을 시준하기 위해 렌즈 형상으로 몰드될 수 있는 깨끗한 보호 수지(14)로 인캡슐레이션된다. 반사성 컵(13)이 광을 상방향으로 지향시킬 수 있지만, 광이 반사될 때에는 광손실이 발생할 수도 있다. 일부 광은 실질적인 반사기 표면의 100％ 미만의 반사율로 인해 반사기 컵에 의해 흡수될 수도 있다. 일부 금속은 대상으로 하는 파장 범위에서 97% 미만의 반사율을 가질 수 있다.
도 2는 인쇄 회로 보드(PCB) 캐리어, 기판 또는 서브마운트(23)와 같은 캐리어 상에 하나 이상의 LED 칩(22)이 탑재될 수 있는 또 다른 LED 패키지를 도시하고 있다. 서브마운트(23) 상에 탑재되는 금속 반사기(24)는 LED 칩(22)을 둘러싸며, LED 칩(22)에 의해 방출된 광을 패키지(20)로부터 멀어지도록 반사한다. 반사기(24)는 또한 LED 칩(22)에 대한 기계적 보호를 제공한다. 하나 이상의 와이어 본드 접속부(11)가 LED 칩(22) 상의 오믹 컨택과 서브마운트(23) 상의 전기 트레이스(25A, 25B) 사이에 형성된다. 탑재된 LED 칩(22)은 그 후 칩에 대한 환경적 및 기계적 보호를 제공하면서 또한 렌즈로서도 작용하는 인캡슐런트(26)로 덮여진다. 금속 반사기(24)는 통상적으로 솔더 또는 에폭시 본드를 통해 캐리어에 부착된다. 금속 반사기(24)는 100% 미만의 반사율을 갖기 때문에 광이 반사될 때에는 광손실을 경험할 수도 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 반사기는 LED로부터 탈주하는 광을 반사하도록 배치된다. 광을 LED 내부로 반사하는 내부 반사 표면을 갖는 LED 또한 개발되어 있다. 도 3은 LED(32)가 금속 접착층(36)에 의해 서브마운트(34) 상에 탑재되는 LED 칩(30)의 개요를 도시하고 있다. LED 칩은 LED(32)와 금속 접착층(36) 사이에 p-컨택/반사기(38)를 더 포함하며, 이 반사기(38)는 통상적으로 은(Ag)과 같은 금속을 포함한다. 이 구성은 LED의 EZBright™ 패밀리 하에서 이용 가능한 Cree® Inc.로부터의 LED와 같은 상업적으로 이용 가능한 LED에서 이용된다. 반사기(38)는 LED 칩으로부터 방출된 광을 서브마운트 쪽으로 다시 LED의 1차 발광 표면을 향하여 반사할 수 있다. 반사기는 또한 TIR 광을 다시 LED의 1차 방출 표면을 향하여 반사한다. 상기한 금속 반사기와 마찬가지로, 반사기(38)는 광의 100% 미만, 일부 경우에는 95% 미만을 반사한다. 반도체층 상의 금속막의 반사율은 Software Spectra, Inc(www.sspectra.com)로부터의TFCalc™과 같은 박막 설계 소프트웨어를 이용하여 재료의 광학 상수로부터 계산될 수 있다.
도 4는 460 nm 파장을 갖는 광에 대하여 상이한 시야각에서의 갈륨 니트라이드(GaN) 상의 Ag의 반사율을 나타내는 그래프(40)를 도시하고 있다. GaN의 굴절률은 2.47인 한편, 은의 복잡 굴절률은 기술 문헌으로부터 취해져 있다(E. Palik에 의해 편집된 Handbook of Optical Constants of Solids를 참조하기 바란다). 이 그래프는 p-편광 반사율(42), s-편광 반사율(44), 및 평균 반사율(46)을 나타내고 있으며, 평균 반사율(46)은 일반적으로 광이 랜덤한 편광(random polarization)으로 생성되는 곳에서의 LED용의 금속의 전체 반사율을 나타낸다. 0도에서의 반사율은 90도에서의 반사율보다 낮으며, 이 차이는 각각의 반사 시에 최대 5% 이상의 광이 손실되는 결과를 초래할 수 있다. LED 칩에서, 일부 경우에, TIR 광은 벗어나기 전에 미러로부터 복수 회 반사될 수 있으며, 그 결과 미러 흡수율의 작은 변화가 LED의 밝기에 커다란 변화를 초래할 수 있다. 각각의 반사에 대한 미러 흡수율의 누적된 영향은 광의 세기를 감소시킬 수 있어, 실제로 LED의 활성 영역으로부터의 75% 미만의 광이 LED 광으로서 벗어나게 된다.
본 발명은 방출 효율을 증가시키기 위해 LED 및 LED 칩에 사용하기 위한 더 높은 반사율층을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 발광 다이오드(LED) 칩의 일실시예는, 반대로 도핑된 2개의 층 사이에 위치되는 활성 영역; 및 상기 활성 영역으로부터 방출된 광을 반사하도록 배치된 고반사율 복합층(composite high reflectivity layer)을 포함한다. 상기 고반사율 복합층은, 제1 층과, 상기 제1 층 상의 하나 이상의 제2 층 및 복수의 제3 층과, 상기 제2 층 및 상기 제3 층의 최상부 위의 반사층을 포함한다. 상기 제2 층과 상기 제3 층은 굴절률이 서로 상이하고, 서로 교번하도록 배치되며, 각각의 상기 제3 층은 다른 상기 제3 층의 두께와는 상이한 두께를 갖는 다.
본 발명에 따른 발광 다이오드(LED) 칩의 다른 실시예는, LED가 탑재되는 서브마운트; 및 상기 서브마운트와 상기 LED 사이에 배치되어 LED 광을 반사하는 고반사율 복합층을 포함한다. 상기 복합층은, 복수의 층과, 상기 복합층을 관통하는 도전 경로를 포함하며, 상기 도전 경로를 통하여 상기 LED에 전기 신호가 통과할 수 있다.
본 발명에 따른 발광 다이오드(LED) 칩의 다른 실시예는, 활성 영역을 포함하는 LED; 및 상기 LED에 통합되어 상기 활성 영역으로부터 방출된 광을 반사하는 고반사율 복합층을 포함한다. 상기 복합층은, 제1 층과, 상기 제1 층 위의 서로 교번하는 제2 층 및 제3 층을 포함하며, 상기 제2 층과 상기 제3 층은 서로 상이한 굴절률을 가지며, 상기 제1 층의 두께는 상기 제2 층 및 상기 제3 층 중의 가장 두꺼운 층의 두께의 3배 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 발광 다이오드(LED) 칩의 다른 실시예는, ED; 및 상기 LED에 통합되어 상기 LED로부터 방출된 광을 반사하는 고반사율 복합층을 포함하며, 상기 복합층은, 제1 층과, 상기 제1 층 위의 하나 이상의 제2 층 및 복수의 제3 층을 포함하며, 상기 제2 층과 상기 제3 층은 완전하지 않은 제2 층과 제3 층의 쌍을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 기술의 LED 램프의 일실시예의 단면도이다.
도 2는 종래 기술의 LED 램프의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 3은 종래 기술의 LED 램프의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 4는 상이한 시야각에서의 금속 반사기의 반사율을 나타내는 그래드이다.
도 5a는 본 발명에 따른 한 가지 방법의 제조 단계에서의 LED 칩의 일실시예의 단면도이다.
도 5b는 후속 제조 단계에서의 도 5a의 LED 칩의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 복합층의 일실시예의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 복합층의 반사율을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 복합층의 반사율을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 복합층의 다른 실시예의 단면도이다.
도 10a는 본 발명에 따른 LED의 다른 실시예의 단면도이다.
도 10b는 후속 제조 단계에서의 도 10a의 LED의 단면도이다.
도 10c는 후속 제조 단계에서의 도 10b의 LED의 단면도이다.
도 10d는 후속 제조 단계에서의 도 10c의 LED의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 복합층의 일실시예의 평면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 복합층의 다른 실시예의 평면도이다.
도 13a는 본 발명에 따른 LED 칩의 다른 실시예의 단면도이다.
도 13b는 후속 제조 단계에서의 도 13a의 LED 칩의 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 LED 칩의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 LED 칩의 또 다른 실시예의 단면도이다.
본 발명의 이러한 특징 및 장점과 기타 다른 특징 및 장점은 본 발명의 특징을 일례로서 예시하고 있는 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 명백하게 될 것이다.
본 발명은 본 발명은 에미터의 방출 효율을 증가시키도록 배치된 하나 이상의 복합 고반사율 컨택 또는 층을 갖는 솔리드 스테이트 에미터 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 여기에서는 발광 다이오드(LED)를 참조하여 설명되지만, 다른 솔리드 스테이트 에미터에도 동일하게 적용할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명은 하나 이상의 컨택과 함께 반사기로서 이용되거나 또는 컨택과는 별도의 반사기로서 이용될 수 있다.
복합 컨택/층("복합층")의 향상된 반사율은, 활성 영역으로부터 방출된 광을, 기판 또는 서브마운트를 향해 반사하는 것과 같은, 유용한 광 방출로부터 멀어지는 방향으로 반사할 때에 발생할 수 있는 광손실을 감소시키고, 또한 TIR 광이 LED 내에서 반사하고 있을 때에 발생할 수 있는 손실을 감소시킨다. 본 발명의 실시예는 복합층을 포함할 수 있는 다양한 고유의 층 조합을 제공한다. 본 발명에 따른 일실시예에서, 복합층은 상대적으로 두꺼운 제1 층과, 상이한 굴절률 및 상이한 두께를 갖는 제2 층 및 제3층과, 반사층을 포함할 수 있다. 복합층은 LED의 외측 표면 위 또는 LED의 내부와 같은 다수의 상이한 지점에 있을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 또한 도전성 비아를 갖거나 또는 복합층을 통과하는 도전성 경로를 제공하는 경로 구성을 갖는 복합층을 제공한다. 이에 의해 전기 신호가 비아를 따라 복합층을 통과할 수 있게 되어, 작동 동안에 전기 신호가 복합층을 통과하는 곳에서는 복합층을 절연층으로서 사용할 수 있다.
본 발명은 특정의 실시예를 참조하여 설명되지만, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예로 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것을 이해할 것이다. 구체적으로, 복합층은 본 명세서에 설명된 것과는 다른 여러 두께를 갖는 상이한 재료의 상이한 층을 포함할 수 있다. 복합층은 본 명세서에 설명된 것과는 다른 상이한 솔리드 스테이트 에티머 상의 상이한 여러 지점에 있을 수 있다. 또한, 복합층은 전기 신호를 통과시킬 수 있는 도전성 구조물이 제공될 수도 있고 또는 제공되지 않을 수도 있다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 "다른 요소 위에" 있는 것으로 지칭될 때에는, 다른 요소 바로 위에 있을 수도 있고, 또는 그 사이에 매개 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, "내측", "외측", "상위", "위에", "하위", "아래에" 및 "밑에" 등의 상대적 표현과 그 유사 표현은 본 명세서에서는 하나의 층 또는 또 다른 영역의 관계를 기술하기 위해 이용될 수 있다. 이들 표현은 도면에 도시된 방향 외에 디바이스의 상이한 방향을 포함하는 것으로 간주될 것이라는 것을 이해할 것이다.
각종 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 부분을 설명하기 위해 본 명세서에서는 제1, 제2 등의 표현이 이용될 수도 있지만, 이들 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 부분은 이들 표현에 의해 한정되지 않아야 한다. 이들 표현은 단지 하나의 요소, 성분, 영역, 층 또는 부분을 다른 요소, 성분, 영역, 층 또는 부분과 구분하기 위해 이용된 것이다. 그러므로, 이하에서 설명되는 제1 요소, 성분, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 교시에서 벗어나지 않고서도 제2 요소, 성분, 영역, 층 또는 부분으로 지칭될 수 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예의 개략적인 예시도인 횡단면 예시도를 참조하여 설명된다. 이로써, 층의 실제 두께는 상이할 수 있으며, 그러므로, 예컨대 제조 기술 및/또는 허용 오차에 따라 예시도의 형상으로부터의 변형예를 예상할 수 있다. 본 발명의 실시예는 본 명세서에 예시된 영역의 특정 형상으로 한정된 바대로 해석되지 않고, 예컨대 제조에 따른 형상의 편차를 포함한다. 예컨대 정사각형 또는 직사각형으로 예시되거나 설명된 영역은 통상적으로 보편적인 제조 허용 오차에 의해 라운드되거나 곡선화된 외형적 특징을 가질 것이다. 그러므로, 도면에 예시된 영역은 본질적으로 개략적인 것이며, 이들의 형상은 소자의 영역의 정밀한 형상을 예시하는 것이 아니고, 또한 본 발명의 사상을 한정하기 위한 것도 아니다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 LED 칩(50)의 일실시예를 도시하고 있으며, 본 발명은 단일 LED 칩의 제조를 참조하여 설명되고 있지만, 본 발명은 웨이퍼 레벨 LED 제조, LED 그룹의 제조, 또는 패키징된 LED 칩의 제조에도 적용될 수 있다. LED 그룹의 제조는 그 후 공지의 싱귤레이션(singulation) 또는 다이싱 방법을 이용하여 개별 LED 칩으로 분리될 수 있다. 본 실시예는 또한 수직 지오메트리 배열을 갖고 플립칩(flip chip) 탑재되는 LED 칩을 참조하여 설명된다. 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 본 발명은 측방 지오메트리 LED 및 넌플립칩(non flip-chip) 배향과 같은 다른 LED 배열과 함께 사용될 수 있다.
LED 칩(50)은 상이한 방식으로 배열된 다수의 상이한 반도체층을 가질 수 있는 LED(52)를 포함한다. LED의 제조 및 작동은 일반적으로 본 기술 분야에 알려져 있으므로, 여기서는 간략하게 설명한다. LED(52)의 층은 공지의 공정을 이용하여 제조될 수 있으며, 적합한 공정으로는 MOCVD를 이용한 제조가 있다. LED(52)의 층은 일반적으로 반대로 도핑된 n-형과 p-형 에피택셜층(56, 58) 사이에 개재된 활성층/활성 영역(54)을 포함하며, 이들 모두가 성장 기판(60) 상에 연속적으로 형성된다. LED(52)에는 광 추출 층 및 요소뿐만 아니라 버퍼, 뉴클리에이션(nucleation), 컨택, 및 전류 확산층과 같은 추가의 층 및 요소가 포함될 수 있으며, 이들로 한정되지는 않는다. 활성 영역(54)은 단일 양자 우물(SQW), 복수 양자 우물(MQW), 이중 헤테로구조, 또는 초격자 구조를 포함할 수 있다.
활성 영역(54) 및 활성층(56, 58)은 상이한 재료 계통(material system)으로 제조될 수 있으며, 바람직한 재료 계통으로는 Ⅲ족 질화물계 재료 계통이 있다. Ⅲ족 질화물은 질소와 원소 주기율표의 Ⅲ족 원소, 일반적으로 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 간에 형성되는 반도체 화합물을 지칭한다. 이 표현은 또한 알루미늄 갈륨 니트라이드(AlGaN) 및 알루미늄 인듐 갈륨 니트라이드(AlInGaN)와 같은 3원 화합물 및 4원 화합물을 지칭한다. 일실시예에서, n-형 층(56)과 p-형 층(58)은 갈륨 니트라이드(GaN)이며, 활성 영역(54)은 InGaN를 포함한다. 다른 실시예에서, n-형 층(56)과 p-형 층(58)은 AlGaN, 알루미늄 갈륨 아세나이드(AlGaAs0, 또는 알루미늄 갈륨 인듐 아세나이드 포스파이드(AlGaInAsP), 및 관련 화합물이어도 된다.
성장 기판(60)은 사파이어, 탄화규소, 알루미늄 니트라이드(AlN), GaN와 같은 다수의 재료로 구성될 수 있지만, 적합한 기판은 4H 폴리타입의 탄화규소이지만, 3C, 6H 및 15R 폴리타입을 포함한 다른 탄화규소가 이용될 수도 있다. 탄화 규소는 Ⅲ족 질화물에 대한 결정 격자 매칭이 사파이어보다도 더 크다는 등의 특정 장점을 가지며, 더 높은 품질의 Ⅲ족 질화물막을 발생한다. 탄화규소는 또한 매우 높은 열전도율을 가지며, 이로써 탄화규소 상의 Ⅲ족 질화물 소자의 전체 출력 파워가 기판의 열소산(thermal dissociation)에 의해 제한되지 않는다(사파이어 상에 형성된 일부 소자의 경우에서와 같이). SiC 기판은 미국 노스캐롤라이나의 더램에 소재하는 Cree Research, Inc.로부터 이용 가능하며, 그 제조 방법은 과학 문헌 및 미국 특허 번호 Re. 34,681, 4,946,547, 및 5,200,022에 설명되어 있다.
LED(52)의 상이한 실시예는 활성 영역(54) 및 n-형 층(56)과 p-형 층(58)의 조성에 따라 상이한 파장의 광을 방출할 수 있다. 도시된 실시예에서, LED(50)는 대략 450 내지 460 nm의 파장 범위의 청색광을 방출한다. LED 칩(50)은 또한 형광체와 같은 하나 이상의 변환 재료로 덮여질 수 있으며, 이로써 LED로부터의 광의 적어도 일부가 하나 이상의 형광체를 통과하고, 하나 이상의 상이한 파장의 광으로 변환된다. 일실시예에서, LED 칩은 LED의 활성 영역으로부터의 광과 하나 이상의 형광체로부터의 광의 백색광 조합을 방출한다.
Ⅲ족 질화물 소자의 경우, 전류는 통상적으로 p-형 층(58)을 통해 효과적으로 확산하지 못하며, 얇은 전류 확산층(64)이 p-형 층(58) 전체 또는 일부를 덮을 수 있다. 전류 확산층은 p-형 컨택으로부터의 전류를 p-형 층(58)의 표면에 걸쳐 확산하여 p-형 층에 걸쳐 향상된 전류 확산을 제공하며, 그에 대응하여 p-형 층으로부터 활성 영역 내로의 전류 주입을 향상시킨다. 전류 확산층(64)은 통상적으로 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 투명 도전성 산화물 또는 플래티늄(Pt)과 같은 금속이지만, 다른 재료도 사용될 수 있다. 전류 확산층은 다수의 상이한 두께를 가질 수 있으며, ITO 확산층의 일실시예에서는 대략 115 nm의 두께를 갖는다. 전류 확산층(64)뿐만 아니라 아래에 설명된 복합층을 포함하는 층들은 공지의 방법을 이용하여 침적될 수 있다. 전류 확산이 중요하지 않은 실시예에서는, 복합층은 전류 확산층 없이 제공될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 고반사율 복합층(62)은 p-형 층(58) 상에 침적될 수 있으며, 도시된 실시예에서는 고반사율 복합층(62)과 p-형 층 사이에 전류 확산층이 위치된다. 본 발명에 따른 고반사율 복합층(62)은 표준 금속 컨택 또는 분산 브래그 반사기(DBR : distributed Bragg reflector)에 비하여 LED(52)에 의해 생성된 광의 파장에 대해 더 높은 반사율을 갖는다. 복합층은 일반적으로 박막의 재료층을 포함하며, 이 층에 후속하여 향상된 반사율을 제공하기 위해 조합되는 더 얇은 복수의 박막층이 제공된다. 본 발명은 제조 복잡도 및 비용을 최소화하기 위해 층의 개수를 최소화하는 요구된 반사율을 갖는 복합층을 제공한다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 복합층의 일실시예를 포함할 수 있는 상이한 층이 도시되어 있지만, 다수의 상이한 재료, 두께 및 층수가 이용될 수도 있다. 복합층의 제1 층(66)은 전류 확산층(64) 상에 제공되며, 제1 층은 다수의 상이한 재료를 포함할 수 있으며, 바람직한 재료로는 유전체 등이 있다. SiN, SiO2, Si, Ge, MgOx, MgNx, ZnO, SiNx, SiOx, 그 합금 또는 조성물과 같은 상이한 유전체 재료가 사용될 수 있으며, 도시된 실시예에서의 제1 층(66)의 재료는 SiO2를 포함한다. 제1 층(66)은 신뢰할 수 있는 시야각 컷오프 포인트(viewing angle cut-off point)를 제공하여 그 후에 복합층의 반사율이 대략 100%이도록 하기 위해 비교적 두꺼워야 하며, 청색 발광 LED와 함께 사용되는 일실시예에서는 제1 층(66)이 500 내지 650 nm의 범위의 두께를 가질 수 있으며, 일실시예에서는 대략 591 nm의 두께를 갖는다.
이하에서는 청색 파장의 광에 대해 500 내지 650 nm의 두께를 갖는 제1 층(66)에 대한 상이한 시야각에서의 p-편광 반사율(74), s-편광 반사율(76) 및 평균 반사율(78)을 보여주고 있는 도 7의 그래프(72)를 참조하여 설명한다. 시야각 컷오프는 대략 36도의 시야각이다. 즉, 복합층(62)의 반사율은 대략 36도보다 큰 시야각에서 대략 100%이며, 그 시야각 아래에서는 반사율이 특정 시야각에서 94% 정도로 낮을 수도 있다.
다시 도 6을 참조하면, 더 낮은 시야각에서의 반사율을 향상시키고 또한 각도 평균 반사율(angle averaged reflectivity, AAR)을 향상시키기 위해, 복합층(62)은 또한 제2 층(68a, 68b) 및 제3 층(70a, 70b)을 포함할 수 있으며, 제2 층과 제3 층은 상이한 굴절률을 갖는 재료로 구성된다. 상이한 실시예에서, 층에 대하여 상이한 재료가 사용될 수 있고, 상이한 층수가 포함될 수 있으며, 도시된 실시예는 SiO2를 포함하는 2개의 제2 층(68a-68b)과 TiO2를 포함하는 2개의 제3 층(70a-70b)을 갖는다. SiO2는 1.46의 굴절률을 갖는 한편, TiO2는 2.34의 굴절률을 갖는다. 2개의 SiO2 층은 상이한 두께를 가질 수 있고, 2개의 TiO2 층 또한 상이한 두께를 가질 수 있으며, 이것은 상이한 재료의 층이 동일한 두께를 갖는 표준 DBR와는 상이한 복합층을 제공한다. 이러한 타입의 DBR의 한 가지 예는 제2 및 제3 SiO2 및 TiO2 층의 각각이 필수적으로 광의 1/4 파장과 대략 일치하는 동일한 광학 두께를 가질 수 있는 1/4 파장 DBR이다. 복합층의 다른 실시예에서, TiO2 대신에 Ta2O5가 이용될 수 있다.
청색 발광 LED와 함께 사용되는 도시된 복합층 실시시예에 대해, 제2 층(68a-68b)은 각각 100 내지 120 nm와 대략적으로 40 내지 60 nm 범위의 두께를 가질 수 있으며, 제2 층의 일실시예는 대략 108 nm와 53 nm 두께로 된다. 제3 TiO2 층(70a-70b)은 각각 55 내지 75 nm 및 35 내지 55 nm 범위의 두께를 가지며, 일실시예는 각각 대략 65 nm와 46 nm의 두께를 갖는다.
복합층(62)은 또한 스퍼터링과 같은 공지의 방법을 이용하여 침적된 반사층(71)을 제2 층(68b) 상에 포함할 수 있다. 반사층(71)은 다수의 상이한 두께를 가질 수 있고, 상이한 다수의 반사 재료를 포함할 수 있으며, 적합한 재료로는 Ag, Al 및 Au가 있다. 재료의 선택은 다수의 요인에 좌우될 수 있으며, 그 중의 하나는 반사되는 광의 파장이다. 청색광 파장의 광을 반사하는 도시된 실시예에서, 반사층은 대략 200 nm의 두께를 갖는 Ag를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 반사층(71)은 TiAg, NiAg, Cuag, 또는 PtAg와 같은 복합 금속층을 포함할 수 있으며, 일부 실시예에서 이들 복합층은 제2 층(68b)과 같은 이들 층이 위에 형성되는 층에 대한 향상된 접착을 제공할 수 있다. 이와 달리, 인듐 주석 산화물(ITO), NI, Ti 또는 Pt와 같은 얇은 금속층이 제2 층(68b)과 반사층 사이에 포함되어 접착을 향상시킬 수 있다.
복합층(62)의 구조는 표준 1/4 파장 DBR에 비하여 향상된 AAR을 제공한다. 이 구성이 이러한 향상을 제공하는 이유가 많을 것이지만, 그 중 한 가지 이유는 제2 층(68a, 68b) 및 제3 층(70a, 70b)의 상이한 두께가 다양한 입사각에서의 광에게 상이하게 제공되기 때문인 것으로 생각된다. 즉, 광은 다수의 상이한 각도에서 복합층(62)에 도달할 것이며, 이러한 상이한 각도에서 제2 층(68a, 68b) 및 제3 층(70a, 70b)은 각도에 따라 1/4 파장 두께의 배수와 같은 상이한 두께로서 보이게 될 수 있다. 상이한 두께는 0도 내지 90도의 시야각에 걸쳐 최상의 전체적 AAR을 제공하는 것으로 생각된다.
도 8은 도 6에 도시된 것과 유사한 복합층의 반사율을 보여주는 그래프(80)이며, 상이한 시야각에서의 p-편광 반사율(82), s-편광 반사율(84) 및 평균 반사율(86)을 보여주고 있다. 이 경우, 반사율은 115 nm의 두께와 500 /cm의 유한 흡수 계수를 갖는 ITO 전류 확산층(64)의 효과를 포함하며, 이것은 대략 36도보다 큰 시야각에서 100%에 근접하지만 약간 더 낮은 반사율을 발생한다. 도시된 복합층에 대한 0 내지 90도의 시야각에 걸친 AAR은 대략 98.79%이며, 동일한 재료로 이루어진 유사한 개수의 층을 갖는 표준 DBR에 비하여 반사율의 향상을 제공한다. 특정 파장의 광에서, 표준 1/4 파장 DBR의 AAR은 대략 98.73% 또는 그 미만이 될 수 있다. 이 차이는 광이 LED로부터 벗어나기 전에 복합층으로부터 복수 회 반사할 수 있기 때문에 전체적인 LED 밝기에 현저한 충격을 가질 수 있다. 이러한 복수 회 반사의 혼합 효과는 반사율에 있어서의 작은 차이조차도 증폭시킨다.
도 9는 전술한 복합층(62)과 유사하고 청색 발광 LED와 함께 사용될 수 있는 복합층(100)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 복합층(100)은 5개 대신 4개의 층을 가질 수 있다. 이 실시예에서, 제1 층(102)은 전류 확산층(64) 위에 있지만, 복합층(100)은 전류 확산층 없이 사용될 수도 있다. 제1 층(102)은 전술한 제1 층(66)과 유사하며, 다수의 상이한 재료 및 다수의 상이한 두께로 구성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 제1 층(102)은 500 내지 650 nm 범위의 두께를 갖는 SiO2를 포함할 수 있으며, 그 일시예는 대략 591 nm의 두께를 갖는다.
이 실시예에서, 복합층(100)은 2개의 제3 층(108a-108b) 사이에 개재된 단지 하나의 제2 층(106)을 포함한다. 그 위는 다른 실시예와 마찬가지이다. 즉, 전술한 복합층(62) 및 종래의 DBR에서와 같이 동일한 개수의 제2 층과 제3 층이 교번하고 있지 않다. 이에 의하여 제2 층과 제3 층의 조합은 완전하지 않은 쌍을 포함하거나 또는 비대칭을 이루게 된다. 완전하지 않은 제2 층과 제3 층의 쌍을 갖는 실시예에서는, 2개의 제2 층과 3개의 제3 층, 3개의 제2 층과 4개의 제3 층 등등과 같은 각각의 층이 상이한 개수를 가질 수 있다.
제2 층(106)과 제3 층(108a-108b)은 다수의 상이한 재료를 포함할 수 있고, 다수의 상이한 두께를 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, 제2 층(106)은 SiO2를 포함할 수 있고, 대략 100 내지 120 nm의 두께를 가질 수 있으며, 일실시예에서는 107 nm의 두께를 갖는다. 제3 층(108a-108b)은 TiO2를 포함할 수 있고, 각각 45 내지 65 nm 범위와 65 내지 85 nm의 범위의 두께를 가질 수 있으며, 일실시예는 각각 대략 56 nm와 75 nm의 제3 층 두께를 갖는다. 복합층(100)은 또한 제3 층(108b) 상에 공지의 방법을 이용하여 침적될 수 있고 전술한 반사층(71)과 동일한 재료를 포함할 수 있는 반사층(110)을 포함할 수 있다.
비대칭 배열을 가짐으로써, 복합층은 더 적은 층을 가질 수 있게 되므로, 그에 대응하여 제조 단계 및 비용이 감소될 수 있다. 이것은 또한 반사층(110)과 같은 후속 층에 대한 더 우수한 접착이 가능하다는 추가의 장점을 제공할 수 있다. 이 실시예에서, 상단층은 TiO2를 포함하는 제3 층(108b)을 포함한다. 이 재료는 SiO2를 포함하는 제2 층(106)에 비하여 반사 금속에 대한 향상된 접착을 제공할 수 있다. 그러나, 복합층(100)은 도 6에 도시된 6층 배열에 비하여 감소된 AAR을 가질 수 있으며, 도 9에 도시된 바와 같은 5층 배열의 일실시예에서의 AAR은 대략 98.61%이다. 그러나, 이 배열은 AAR이 대략 96.61%일 수 있는 표준 5층 DBR에 비하여 반사율의 향상을 제공한다. 상기한 6층 실시예와 유사하게, 이 차이는 복수 회 반사의 혼합 효과 때문에 전체적인 LED 밝기에 대해 현저한 충격을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 복합층은 상이한 재료 및 두께의 다수의 상이한 층을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 복합층은 도전성 산화물과 같은 도전성 재료로 구성된 층을 포함할 수 있다. 도전성 산화물층은 향상된 반사율을 제공하기 위해 상이한 굴절률 및 상이한 두께를 가질 수 있다. 다른 실시예는 제2 층과 제3 층의 완전한 쌍 또는 불완전한 쌍의 상이한 배열을 가질 수 있다. 또한, 복합층은 LED 상의 상이한 위치에 배치될 수 있고, 복합층을 통한 열전도 또는 전기 전도를 제공하기 위한 상이한 특징부를 포함할 수 있다.
도 10a 내지 도 10d를 참조하면, 도 5a 및 도 5b에 도시된 LED(50)와 동일한 특징부의 대부분을 갖고 또한 이들 특징부에 동일한 도면부호가 부여되어 있는 LED(120)의 다른 실시예가 도시되어 있다. LED(50)는 플립칩 배향으로 배열될 수 있도록 제조되며, 이 실시예에 대해서는 최종의 LED 칩이 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 내부층으로서 배치되는 복합층(62)(또는 복합층 100)을 가질 것이다. 이에 따라, 전기 신호가 복합층(62)을 통과하여야 한다. 도 10a 및 도 11을 참조하면, 불규칙한 간격 또는 규치적인 간격으로 복합층(62)을 통해 구멍(122)이 형성될 수 있으며, 그 구멍의 크기 및 위치는 도전성 재료가 도전성 비아를 형성하기 위해 구멍에 침적될 수 있도록 정해진다. 도시된 실시예에서, 구멍(122)은 규칙적인 간격을 이루고 있다.
전류 확산층(64)을 갖는 다른 실시예에서, 구멍(122)은 전류 확산층(64)을 관통할 수도 있고, 관통하지 않을 수도 있다. 이 구멍(122)은 종래의 에칭 공정 또는 마이크로드릴링과 같은 기계적 공정 등의 공지의 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 구멍(122)은 다수의 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있으며, 도시된 실시예에서의 구멍(122)은 대략 20 마이크론의 직경을 갖는 원형 횡단면을 갖는다. 인접한 구멍(122)은 대략 100 마이크론 정도 떨어져 있을 수 있다. 구멍(122)(및 그 결과의 비아)은 정방형, 직사각형, 타원형, 6각형, 5각형 등과 같은 상이한 형상을 갖는 횡단면을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 구멍은 균일한 형상 및 크기가 아니어도 되며, 인접한 구멍들 간의 간격이 상이하여도 된다.
도 12를 참조하면, 구멍 대신에, 상호접속된 그리드(124)가 복합층(62)을 통하여 형성될 수 있으며, 그리드(124) 내에 도전성 재료를 침적하여 복합층을 관통하는 도전성 경로를 형성할 수 있다. 그리드(124)는 도 11에 도시된 것 이외의 다수의 상이한 형태를 가질 수 있으며, 그리드의 일부분이 다른 실시예에서는 상이한 각도로 상호접속될 수 있다. 그리드(124)에 인가되는 전기 신호는 상호접속된 부분을 따라 사방으로 확산할 수 있다. 다른 실시예에서는 그리드는 구멍과 조합되어 이용될 수 있다.
도 10b를 참조하면, 도전층(126)이 복합층(62) 위에 침적되어 복합층의 반사층을 덮고 구멍(122)을 채움으로써 복합층(62)을 관통하는 비아(128)를 형성할 수 있다. 다른 실시예에서, 도전층은 복합층(62)의 일부를 덮을 수도 있다. 도전층(126)은 금속 또는 도전성 산화물과 같은 다수의 상이한 재료를 포함할 수 있으며, 이들 양자의 재료는 공지의 기술을 이용하여 침적될 수 있다.
도 10c를 참조하면, LED(120)는 공지의 탑재 기술을 이용하여 서브마운트(130)에 플립칩 방식으로 탑재될 수 있다. 도시된 실시예에서, LED(50)는 도전성 본딩 재료(132)에 의해 서브마운트에 플립칩 방식으로 탑재된다. LED 칩(120)이 웨이퍼 레벨로 형성되고나서 싱귤레이션되는 실시예에서, LED 칩(120)은 공지의 웨이퍼 본딩 기술을 이용하여 서브마운트(130)에 본딩된 웨이퍼일 수도 있다. 서브마운트(130)는 다수의 상이한 재료로 구성될 수 있고, 다수의 상이한 두께를 가질 수 있으며, 바람직한 서브마운트(130)는 서브마운트(130)를 통해 LED의 활성 영역에 전기 신호가 인가될 수 있도록 전기적으로 도전성을 나타낸다. 이 전기 신호는 또한 도전성 비아(128)를 통해 복합층을 통과한다.
도 10d를 참조하면, 성장 기판(60)(도 10c에 도시된 바와 같은)은 공지의 그라인딩 및/또는 에칭 공정을 이용하여 제거될 수 있다. n-형 층(56) 상에 제1 컨택(134)이 침적될 수 있으며, 서브마운트(130) 상에 제2 컨택(136)이 침적될 수 있다. 제1 컨택(134) 및 제2 컨택(136)은 Au, 구리(Cu), Ni, In, Al, Ag 또는 이들의 조성물과 같은 다수의 상이한 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 및 제2 컨택은 ITO, 산화 니켈, 산화 아연, 산화 카드뮴 주석, 산화 인듐, 산화주석, 산화마그네슘, ZnGa2O4, ZnO2/Sb, Ga2O3/Sn, AgInO2/Sn, In2O3/Zn, CuAlO2, LaCuOS, CuGaO2 및 SrCu2O2와 같은 투명 도전 산화물 및 도전성 산화물을 포함할 수 있다. 사용되는 재료의 선택은 투명도(transparency), 접합 저항률 및 시트 저항과 같은 요구된 전기적 특성뿐만 아니라 컨택의 위치에 좌우될 수 있다. n-형 층(56)의 상면은 광 추출을 향상시키기 위해 레이저 텍스처링, 기계적 성형, 에칭(화학적 또는 플라즈마 방식), 스크래칭, 또는 다른 공정 등에 의해서 텍스처링되거나 성형될 수 있다.
작동 동안, 제1 컨택(134) 및 제2 컨택(136) 양단에서 LED(50)에 전기 신호가 인가된다. 제1 컨택(134) 상의 신호는 n-형 층(56)을 거쳐 활성 영역(54)으로 확산한다. 제2 컨택(136) 상의 신호는 서브마운트(130)를 통과하여 비아(128)를 따라 복합층(62)을 통해 전류 확산층(64)을 거쳐 p-형 층(58)을 지나 활성 영역(54)으로 확산한다. 이에 의하여 활성 영역(54)이 광을 방출하게 되며, 복합층(62)은, 활성 영역으로부터 서브마운트(130) 쪽으로 방출되거나 또는 TIR에 의해 서브마운트(130) 쪽으로 반사된 광을, 다시 LED 칩(50)의 상면을 향하여 반사하도록 배치된다. 복합층(62)은 LED 칩(50)의 상면 쪽으로의 방출을 촉진시키며, 복합층의 향상된 반사율에 의해 반사 동안의 손실이 감소된다.
복합층은 다수의 상이한 방식 및 LED, LED 칩 및 다른 솔리드 스테이트 에미터 상의 다수의 상이한 위치에 이용될 수 있다. 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 복합층은 양자의 컨택이 LED의 일측면 상에 위치되는 측방 지오메트리 LED 칩(150)과 함께 사용될 수 있다. LED(150)의 층들은 전반적으로 LED(50)에 대한 층들과 동일하며, 반대로 도핑된 n-형과 p-형 에피택셜층(156, 158) 사이에 개재된 활성층/활성 영역(154)을 포함할 수 있으며, 이들 모두가 성장 기판(160) 상에 연속적으로 형성된다. 측방 지오메트리 LED를 위해, p-형 층(158) 및 활성 영역(154)의 일부분이 에칭 등에 의해 제거되어 n-형 층(156) 상에 컨택 메사(contact mesa)를 노출시킨다. 이 실시예에서, 전술한 복합층(62)과 유사한 복합층(162)이 n-형 층(156)의 표면 및 p-형 층(158)의 표면 양자 상에 포함될 수 있으며, 이 복합층은 전술한 금속층(126) 및 비아(128)와 유사한 금속층(164) 및 비아(166)를 갖는다.
도 13b를 참조하면, LED 칩(150)은 공지의 탑재 공정을 이용하여, 바람직하게는 복합층(162) 상의 금속층(164)에 대한 도전성 본드(170)에 의해 서브마운트(168)에 플립칩 방식으로 탑재될 수 있다. 서브마운트(168)로부터의 전기 신호가 도전성 본드(170) 및 복합층(162)을 통해 LED에 인가되어 LED 칩이 광을 방출하도록 한다. 복합층(162)은 서브마운트(168) 쪽으로 지향되는 광을 다시 LED 칩(150)의 방출 표면을 향하여 반사시킨다. 복합층(162)의 향상된 반사율은 반사율 손실을 감소시키고, LED 칩(150)의 전체적인 방출 효율을 향상시킨다.
도 14는 반대로 도핑된 n-형 및 p-형 에피택셜층(186, 188) 사이에 개재된 활성층/활성 영역(184)을 갖는 본 발명에 따른 LED(180)의 다른 실시예를 도시하고 있으며, 이들 층 모두는 성장 기판(190) 상에 연속적으로 형성된다. p-형 층(188) 및 활성 영역(184)의 일부가 에칭 등에 의해 제거되어 n-형 층(186) 상의 컨택 메사를 노출시킨다. 이 실시예에서, p-형 및 n-형 컨택(192, 194)이 각각 p-형 층(188) 및 n-형 층(186)의 컨택 메사 위에 침적되며, 복합층(196)은 기판(190)의 하부면 상에 포함될 수 있다.
이 실시예에서, 전기 신호가 복합층(196)을 통해 LED에 인가되지 않는다. 그 대신, 전기 신호가 p-형 및 n-형 컨택(192, 194)을 통해 인가되며, 이곳에서 활성 영역(184)으로 측방으로 확산한다. 그 결과, 전기 신호는 복합층(196)을 통과할 필요가 없으며, 복합층(196)은 전기적 도전성 비아를 필요로 하지 않는다. 그 대신, 단절되지 않은(uninterrupted) 복합층이 기판 하부면에 걸쳐 포함되어, 활성 영역으로부터 기판 쪽으로 방출된 광 및 기판 쪽으로 반사되는 TIR 광을 반사할 수 있다. 다른 실시예에서, 복합층은 LED(180)의 측표면의 전부 또는 일부를 덮을 수 있으며, 복합층은 자신의 반사율을 향상시키기 위해 n-형 및 p-형 컨택(192, 194)과 함께 사용될 수 있다.
복합층은 기판이 투명한 플립칩 실시예에서의 서브마운트의 하부면 상에 사용될 수 있다. 이들 실시예에서, 요구된 반사율은 도 13b에 도시된 바와 같이 내부 복합층(162)을 갖지 않고서도 달성될 수 있다.
도 15는 활성층/활성 영역(214)과 서로 반대로 도핑된 n-형 및 p-형 에피택셜층(216, 218)을 갖는 LED 칩(210)의 다른 실시예를 도시하고 있으며, 이들 층은 성장 기판(220) 상에 연속적으로 형성된다. LED(210)는 p-형 층(218) 상의 p-형 컨택(224)을 갖는 수직 지오메트리를 갖는다. 얇은 반투명성의 전류 확산층(도시하지 않음)이 p-형 층(218)의 일부 또는 전부를 덮을 수 있으며, 이 전류 확산층은 Pt 등의 금속 또는 ITO와 같은 투명한 도전성 산화물로 구성되지만, 다른 재료 또한 이용 가능하다. 복합층(226)은 기판(220) 상에 포함되며, LED(210)가 수직 지오메트리를 갖기 때문에, 전기 신호가 복합층(226)을 통해 LED에 인가될 수 있다. 복합층은 전기 신호가 복합층(226)을 통과하도록 하는 전술한 것과 유사한 도전성 비아(228)를 포함한다. 복합층(226)은 또한 금속층 상의 n-형 컨택(232)을 갖는 금속층(230)을 포함할 수 있다. 이 실시예는 전기 도전성 기판을 갖는 LED에 특히 적용할 수 있으며, p-형 컨택(224) 및 n-형 컨택(232)에 인가된 전기 신호가 LED 활성 영역(214)으로 확산하여 이 활성 영역이 광을 방출하도록 한다. 또한, 복합층은 자신의 반사율을 향상시키기 위해 p-형 컨택과 함께 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비아는 전기 신호를 도전하는 것 외의 추가의 용도로 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 비아는 LED에 의해 생성된 열의 소산에 도움을 주기 위해 열적으로 도전성을 가질 수 있다. 이 열은 비아를 통해 LED로부터 먼 쪽으로 보내져 그 곳에서 소산될 수 있다.
본 발명을 특정의 바람직한 구성을 참조하여 상세하게 설명하였지만, 다른 변형예도 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상 및 범위는 상기한 바와 같은 실시예 및 변형예로 한정되지 않아야 한다.

Claims (45)

  1. 발광 다이오드(LED) 칩에 있어서,
    반대로 도핑된 2개의 층 사이에 위치되는 활성 영역; 및
    상기 활성 영역으로부터 방출된 광을 반사하도록 배치된 고반사율 복합층(composite high reflectivity layer)
    을 포함하며, 상기 고반사율 복합층은,
    제1 층;
    상기 제1 층 상의 하나 이상의 제2 층 및 복수의 제3 층; 및
    상기 제2 층 및 상기 제3 층의 최상부 위의 반사층
    을 포함하며,
    상기 제2 층과 상기 제3 층은 굴절률이 서로 상이하고, 서로 교번하도록 배치되며,
    각각의 상기 제3 층은 다른 상기 제3 층의 두께와는 상이한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 칩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 제2 층 및 상기 제3 층보다 4배 이상 큰 두께를 갖는, 발광 다이오드 칩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 제2 층 및 상기 제3 층보다 3배 이상 큰 두께를 갖는, 발광 다이오드 칩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층은 반사율 시야각 컷오프(reflectivity viewing angle cut-off)를 제공하며, 그 컷오프 위에서는 상기 복합층의 반사율이 대략 100%인, 발광 다이오드 칩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 층 및 상기 제3 층은 상기 시청각 컷오프 아래에서는 상기 제2 층 및 상기 제3 층이 없는 복합층에 비하여 향상된 반사율을 제공하는, 발광 다이오드 칩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층은 상이한 두께를 갖는 2개의 층을 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층은 복수의 상기 제3 층 사이에 있는 하나의 층을 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복합층은 동일한 개수의 층을 갖는 1/4 파장 분산 브래그 반사기(distributed Bragg reflector, DBR)보다 큰 각도 평균 반사율(angle averaged reflectivity, AAR)을 제공하는, 발광 다이오드 칩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복합층을 관통하는 도전성 비아를 더 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복합층을 통과하는 전류를 확산하기 위한 전류 확산층을 더 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층과 상기 제3 층은 완전하지 않은(incomplete) 제2 층과 제3 층의 쌍을 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복합층은 상기 LED 칩의 내부에 있는, 발광 다이오드 칩.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복합층은 상기 LED 칩의 외부 표면 상에 위치되는, 발광 다이오드 칩.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 활성층은 청색광을 방출하며, 상기 제1 층은 500 내지 650 nm 범위의 두께를 갖는, 발광 다이오드 칩.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 활성층은 청색광을 방출하며, 상기 제2 층은 두께가 각각 100 내지 120 nm와 대략 40 내지 60 nm인 2개의 층을 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 활성층은 청색광을 방출하며, 상기 제3 층은 두께가 각각 55 내지 75 nm와 35 내지 55 nm인 2개의 층을 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층 및 상기 제2 층은 SiO2를 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제3 층은 TiO2 또는 Ta2O5를 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  19. 발광 다이오드(LED) 칩에 있어서,
    LED가 탑재되는 서브마운트; 및
    상기 서브마운트와 상기 LED 사이에 배치되어 LED 광을 반사하는 고반사율 복합층
    을 포함하며,
    상기 복합층은, 복수의 층과, 상기 복합층을 관통하는 도전 경로를 포함하며, 상기 도전 경로를 통하여 상기 LED에 전기 신호가 통과할 수 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 칩.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복합층은, 제1 층과, 상기 제1 층 상의 하나 이상의 제2 층 및 제3 층과, 상기 제2 층 및 상기 제3 층의 최상부 위의 반사층을 포함하며,
    상기 제2 층과 상기 제3 층은 굴절률이 서로 상이한,
    발광 다이오드 칩.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제2 층과 상기 제3 층은 완전하지 않은(incomplete) 제2 층과 제3 층의 쌍을 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제3 층은 2개의 제3 층을 포함하며, 상기 제2 층은 상기 2개의 제3 층 사이에 개재된 하나의 층을 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 복합층은 서로 교번하는 제2 층과 제3 층의 최상위 표면 위에 반사층을 더 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 제2 층과 상기 제3 층은 상기 제1 층 위에서 교번하는, 발광 다이오드 칩.
  25. 제20항에 있어서,
    각각의 상기 제3 층은 다른 상기 제3 층과는 상이한 두께를 갖는, 발광 다이오드 칩.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 제2 층은 서로 상이한 두께를 갖는 2개의 층을 포함하며, 각각의 상기 제2 층은 상기 제3 층과 교번하는, 발광 다이오드 칩.
  27. 제20항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 제2 층 및 상기 제3 층보다 4배 이상 큰 두께를 갖는, 발광 다이오드 칩.
  28. 제20항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 제2 층 및 상기 제3 층보다 3배 이상 큰 두께를 갖는, 발광 다이오드 칩.
  29. 제19항에 있어서,
    상기 복합층은 분산 브래그 반사기에 비하여 상기 LED로부터 방출된 파장의 광에 대하여 더 높은 반사율을 제공하는, 발광 다이오드 칩.
  30. 제19항에 있어서,
    상기 복합층은 동일한 개수의 층을 갖는 1/4 파장 분산 브래그 반사기보다 큰 각도 평균 반사율을 제공하는, 발광 다이오드 칩.
  31. 제19항에 있어서,
    상기 도전성 경로는 상기 복합층을 관통하는 도전성 비아를 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  32. 제19항에 있어서,
    상기 도전성 경로는 상기 복합층을 관통하는 도전성 그리드를 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  33. 제19항에 있어서,
    상기 제1 층 및 상기 제2 층은 SiO2를 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  34. 제19항에 있어서,
    상기 제3 층은 TiO2 또는 Ta2O5를 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  35. 발광 다이오드(LED)에 있어서,
    활성 영역을 포함하는 LED; 및
    상기 LED에 통합되어 상기 활성 영역으로부터 방출된 광을 반사하는 고반사율 복합층
    을 포함하며,
    상기 복합층은, 제1 층과, 상기 제1 층 위의 서로 교번하는 제2 층 및 제3 층을 포함하며, 상기 제2 층과 상기 제3 층은 서로 상이한 굴절률을 가지며, 상기 제1 층의 두께는 상기 제2 층 및 상기 제3 층 중의 가장 두꺼운 층의 두께의 3배 이상인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 칩.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 제2 층 및 상기 제3 층의 최상부 상의 반사층을 더 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 제2 층과 동일한 굴절률을 갖는, 발광 다이오드 칩.
  38. 제35항에 있어서,
    각각의 상기 제2 층은 다른 상기 제2 층과는 상이한 두께를 갖는, 발광 다이오드 칩.
  39. 제35항에 있어서,
    각각의 상기 제3 층은 다른 상기 제3 층과는 상이한 두께를 갖는, 발광 다이오드 칩.
  40. 제35항에 있어서,
    상기 제2 층과 상기 제3 층은 완전하지 않은 제2 층과 제3 층의 쌍을 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  41. 발광 다이오드(LED) 칩의 제조 방법에 있어서,
    LED를 형성하는 단계;
    상기 LED 상에 고반사율 복합층을 침적하는 단계;
    상기 복합층을 통과하여 상기 LED까지 도전성 비아를 형성하는 단계;
    상기 LED와 서브마운트 사이에 상기 복합층이 위치되는 상태로 상기 LED를 상기 서브마운트에 탑재하는 단계; 및
    컨택을 침적하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 칩의 제조 방법.
  42. 발광 다이오드(LED) 칩에 있어서,
    LED; 및
    상기 LED에 통합되어 상기 LED로부터 방출된 광을 반사하는 고반사율 복합층
    을 포함하며,
    상기 복합층은, 제1 층과, 상기 제1 층 위의 하나 이상의 제2 층 및 복수의 제3 층을 포함하며,
    상기 제2 층과 상기 제3 층은 완전하지 않은 제2 층과 제3 층의 쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 칩.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 제2 층은 상기 제3 층 사이에 개재된 하나의 제2 층을 포함하는, 발광 다이오드 칩.
  44. 제42항에 있어서,
    상기 제2 층과 상기 제3 층은 상이한 굴절률을 가지며, 상기 제1 층의 두께는 상기 제2 층 및 상기 제3 층 중의 가장 두꺼운 층의 두께의 3배 이상인, 발광 다이오드 칩.
  45. 제42항에 있어서,
    상기 제2 층 및 상기 제3 층의 최상위 표면 상의 반사층을 더 포함하는, 발광 다이오드 칩.
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