DE102006051158A1

DE102006051158A1 - Leuchtvorrichtung mit hohem optischem Ausgabewirkungsgrad

Info

Publication number: DE102006051158A1
Application number: DE102006051158A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Tanaka; Naochika Horio; Masahiko Tsuchiya
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2007-07-19
Also published as: US20070131941A1; JP4947954B2; JP2007123764A; US7763898B2

Abstract

Die Leuchtvorrichtung weist auf eine untere Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine optische Emissionsschicht, die auf der unteren Halbleiterschicht gebildet wird; eine obere Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, wobei die obere Halbleiterschicht auf der optischen Emissionsschicht gebildet wird; eine unterseitige Elektrode, die elektrisch mit der unteren Halbleiterschicht verbunden ist; und eine oberseitige Elektrode, die elektrisch mit der oberen Halbleiterschicht verbunden ist, wobei die oberseitige Elektrode auf der oberen Halbleiterschicht ausgebildet ist und eine Oberfläche der oberen Halbleiterschicht eine netzartige Form aufweist, welche die Oberfläche in eine Vielzahl von Abschnitte unterteilt, von denen jeder von der oberseitigen Elektrode umgeben ist; und die Leuchtvorrichtung weist ferner mindestens eine Kerbe auf, die in mindestens einem der Abschnitte angeordnet ist, wobei die Kerbe einen Grund aufweist, der zumindest eine obere Oberfläche der unteren Halbleiterschicht erreicht und eine Öffnung aufweist, die eine obere Kante besitzt, welche von der oberseitigen Elektrode beabstandet ist. Die Leuchtvorrichtung wird bereitgestellt, die einen optischen Ausgabewirkungsgrad verbessern kann und eine neuartige Struktur aufweist.

Description

BEZUG ZU VERWANDTER ANMELDUNG
Diese Anmeldung beruht auf der und beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-317308, eingereicht am 31. Oktober 2005, deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezug einbezogen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
A) GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiter-Leuchtvorrichtung und ihr Herstellungsverfahren.
B) BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN STANDES DER TECHNIK
Mit Bezug auf 22 wird eine Beschreibung einer Leuchtvorrichtung gegeben, die in US 6,885,034 offenbart ist. Eine Halbleiterschicht 1028 wird auf einem Substrat 1014 gebildet, mit einer Halbleiterschicht mit niedrigem Widerstand 1018 dazwischen angeordnet. Eine Elektrode ist mit der Halbleiterschicht 1018 verbunden. Eine Reflexionsschicht 1015 ist an der Bodenoberfläche des Substrats 1014 ausgebildet. Eine optische Emissionsschicht 1026 ist an der Halbleiterschicht 1028 ausgebildet, und eine Halbleiterschicht 1027 ist an der optischen Emissionsschicht 1026 ausgebildet. Die Halbleiterschichten 1028 und 1027 weisen entgegengesetzte Leitfähigkeitstypen auf.
Kerben 1030 sind durch die Halbleiterschicht 1027 und die optische Emissionsschicht 1026 gebildet worden, um die Halbleiterschicht 1028 am Grund der Kerben 1030 freizulegen. Eine durchscheinende Elektrodenschicht 1024 aus NiO/Au ist so ausgebildet, dass sie die obere Oberfläche der Halbleiterschicht 1027 bedeckt. Die durchscheinende Elektrodenschicht 1024 ist nicht an den inneren Oberflächen der Kerben 1030 gebildet.
Nachdem die durchscheinende Elektrodenschicht 1024 auf der Halbleiterschicht 1027 gebildet worden ist, werden die durchscheinende Elektrodenschicht 1024, die Halbleiterschicht 1027, die optische Emissionsschicht 1026 und die Halbleiterschicht 1028 durch reaktives Ionenätzen entfernt, um die Kerben 1030 zu bilden.
Licht, das von der optischen Emissionsschicht 1026 abgestrahlt wird, bewegt sich durch die durchscheinende Elektrodenschicht 1024 oder durch die Innenseiten der Kerben 1030 und wird in den Raum oberhalb der Leuchtvorrichtung ausgegeben. Licht, das durch die durchscheinende Elektrodenschicht 1024 läuft, wird daran teilweise absorbiert. Eine Lichtausgabe von den Innenseiten der Kerben 1030 wird in der durchscheinenden Elektrodenschicht 1024 nicht absorbiert. Daher erhöhen die Kerben 1030 die von der Leuchtvorrichtung auszugebende Lichtmenge.
Als Nächstes wird, unter Bezug auf 20A, eine Beschreibung einer Leuchtvorrichtung mit einer Gitterelektrode gegeben. 20A ist eine schematische Draufsicht auf die Leuchtvorrichtung.
Die Leuchtvorrichtung weist eine Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 auf, sowie eine optische Emissionsschicht 103, die auf der Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 gebildet wird, als auch eine Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104, die auf der optischen Emissionsschicht 103 gebildet wird. Ein optischer Emissionsbereich 950 wird auf der Oberfläche der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 definiert, wobei der optische Emissionsbereich 950 eine quadratische Form mit einer ausgesparten zentralen Fläche entlang einer Seite davon aufweist. Die Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 und die optische Emissionsschicht 103 und eine Oberflächenschicht der Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 werden von einer Fläche entfernt, welche den optischen Emissions bereich 950 umgibt, um dadurch eine Aussparung 911 zu bilden, welche die Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 am Boden der Aussparung freilegt.
Eine p-seitige Elektrode 905 wird auf der optischen Emissionsfläche 950 gebildet. Die p-seitige Elektrode 905 besteht aus einem Gitterteil 905a und einem p-seitigen Kontaktflächenteil 905b. Der Gitterteil 905a weist eine Gitterstruktur auf. Der großflächige Kontaktflächenteil 905b ist in einer mittigen Fläche der Seite gebildet wird, welche der ausgesparten bzw. zurückgesetzten Seite gegenüberliegt, wodurch der Gitterteil 905a abgedeckt wird. Eine n-seitige Elektrode 907 wird auf dem Boden der Aussparung 911 gebildet. Die n-seitige Elektrode 907 wird in einer ausgesparten Fläche des optischen Emissionsbereichs 950 angeordnet. Die n-seitige Elektrode 907 wird als eine Kontaktfläche verwendet.
Wenn eine vorbestimmte Spannung über die p-seitige Elektrode 905 und die n-seitige Elektrode 907 angelegt wird, wird Licht von der optischen Emissionsschicht 103 ausgestrahlt. Das für die p-seitige Elektrode 905 verwendete Material mag nicht für Licht durchlässig sein, das von der optischen Emissionsschicht 103 ausgestrahlt wird. Licht kann zu einer Außenseite der Leuchtvorrichtung von der oberen Oberfläche der Vorrichtung ausgegeben werden, an welcher die p-seitige Elektrode 905 nicht ausgebildet ist.

In der Leuchtvorrichtung von US 6,885,034 ist die obere Oberfläche der Halbleiterschicht 1027, wo die Kerben 1030 nicht ausgebildet sind, mit der durchscheinenden Elektrodenschicht 1024 abgedeckt. Durch die durchscheinende Elektrodenschicht 1024 durchzulaufendes Licht, das nach außen auszugeben ist, wird durch die Absorption in der durchscheinenden Elektrodenschicht 1024 gedämpft. Es ist daher schwierig, einen optischen Ausgabewirkungsgrad zu verbessern.

In der unter Bezug auf 20A beschriebenen Leuchtvorrichtung wird ein starkes elektrisches Feld wahrscheinlich nahe der n-seitigen Elektrode 907 erzeugt, und ein Strom wird wahrscheinlich mit einer hohen Stromdichte flie ßen. Wenn ein Strom bei einer hohen Stromdichte fließt, wird die optische Emissionsschicht wahrscheinlich abgebaut.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leuchtvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen optischen Ausgabewirkungsgrad zu verbessern, und eine die neuartige Struktur aufweist, und ihr Herstellungsverfahren.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leuchtvorrichtung bereitzustellen, die eine Stromkonzentration an einem bestimmten Bereich einer Halbleiterschicht unterdrückt.

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Leuchtvorrichtung bereitgestellt, die aufweist: eine untere Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine auf der unteren Halbleiterschicht ausgebildete optische Emissionsschicht; eine obere Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, welcher dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, wobei die obere Halbleiterschicht auf der optischen Emissionsschicht ausgebildet ist; eine unterseitige Elektrode, die elektrisch mit der unteren Halbleiterschicht verbunden ist; und eine oberseitige Elektrode, die elektrisch mit der oberen Halbleiterschicht verbunden ist, wobei: die oberseitige Elektrode an der oberen Halbleiterschicht gebildet wird und eine Oberfläche der oberen Halbleiterschicht eine netzartige bzw. vermaschte Form aufweist, welche die Oberfläche in eine Vielzahl von Abschnitte unterteilt, von denen jeder von der oberseitigen Elektrode umgeben ist; und die Leuchtvorrichtung ferner mindestens eine Kerbe aufweist, die in mindestens einem der Abschnitte angeordnet ist, wobei die Kerbe einen Boden aufweist, der mindestens bis zu einer oberen Oberfläche der unteren Halbleiterschicht reicht und eine Öffnung aufweist, die eine obere Kante besitzt, die von der oberseitigen Elektrode beabstandet ist.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Leuchtvorrichtung bereitgestellt, die aufweist: einen ersten Bereich einschließlich einer Trägerschicht, einer unteren Halbleiterschicht, die oberhalb der Trägerschicht ausgebildet ist und einen ersten Leitfähigkeits-Typ und einen Widerstand, der niedriger ist als ein Widerstand der Trägerschicht, aufweist, eine auf der unteren Halbleiterschicht ausgebildete optische Emissionsschicht, eine obere Halbleiterschicht, die auf der optischen Emissionsschicht ausgebildet ist und einen zweiten Leitfähigkeits-Typ aufweist, welcher dem ersten Leitfähigkeits-Typ entgegengesetzt ist, und eine oberseitige Elektrode, die auf der oberen Halbleiterschicht ausgebildet ist; einen zweiten Bereich einschließlich der Trägerschicht, wobei die untere Halbleiterschicht oberhalb der Trägerschicht ausgebildet ist, und einen ersten Teil einer unterseitigen Elektrode, die auf der unteren Halbleiterschicht ausgebildet ist; und einen dritten Bereich einschließlich der Trägerschicht und eines zweiten Teils der unterseitigen Elektrode, der auf der Trägerschicht ausgebildet ist.

Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für eine Leuchtvorrichtung bereitgestellt, das die folgenden Schritte aufweist: (a) Präparieren eines Wafers einschließlich einer unteren Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeits-Typs, wobei eine optische Emissionsschicht auf der unteren Halbleiterschicht gebildet wird, und einer oberen Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeits-Typs, der dem ersten Leitfähigkeits-Typ entgegengesetzt ist, wobei die obere Halbleiterschicht auf der optischen Emissionsschicht gebildet wird; (b) Ätzen zumindest der oberen Halbleiterschicht und der optischen Emissionsschicht, um Kerben in einer Oberflächenschicht der oberen Halbleiterschicht zu bilden; (c), nach Schritt (b), Bilden oberseitiger Elektroden auf der oberen Halbleiterschicht, wobei die oberen Elektroden jeweils eine Öffnung der Kerbe umgeben; und (d) nach Schritt (b), Bilden einer unterseitigen Elektrode, die elektrisch mit der unteren Halbleiterschicht verbunden ist.

Gemäß der Leuchtvorrichtung des ersten Gesichtspunkts wird die Kerbe in jedem Abschnitt gebildet, der durch die oberseitige Elektrode definiert ist. Es kann angenommen werden, dass eine optische Emission wahrscheinlich in einem Bereich der optischen Emissionsschicht auftreten wird, der unter der oberseitigen Elektrode angeordnet ist, und dass der Bereich der optischen Emissionsschicht nicht zu den optischen Emissionsfunktionen als eine absorbierende Schicht zum Absorbieren von Licht beiträgt. Gemäß der Leuchtvorrichtung des ersten Gesichtspunkts kann der optische Ausgabewirkungsgrad beispielsweise durch Entfernen der optischen Emissionsschicht, die den Kerben entspricht, verbessert werden.

Gemäß der Leuchtvorrichtung des zweiten Gesichtspunkts wird der erste Teil der unterseitigen Elektrode auf der unteren Halbleiterschicht gebildet, und der zweite Teil wird auf der Trägerschicht mit einem Widerstand gebildet, der höher ist als derjenige der unteren Halbleiterschicht. Es ist daher möglich, eine Konzentration eines Stroms an einem Bereich nahe des zweiten Teils der unterseitigen Elektrode zu unterdrücken.

Gemäß dem Herstellungsverfahren für eine Leuchtvorrichtung nach dem dritten Gesichtspunkt werden die oberseitige Elektrode und die unterseitige Elektrode gebildet, nachdem die Kerben gebildet worden sind. Es ist daher möglich, zu verhindern, dass Elektrodenmaterial sich an den Seitenwänden der Kerben während eines Kerbenbildungsablaufs anheftet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine schematische Draufsicht auf eine Leuchtvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform und 1B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A', die in 1A gezeigt ist.
2A bis 2C und 3A bis 3C sind schematische Querschnittsansichten, die ein Herstellungsverfahren für die Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform zeigen.
4A ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Bereich nahe der Einkerbungen zeigt, und 4B und 4C sind schematische Aufsichten, die Bereiche in der Nähe der Kerben zeigen.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen optischen Pfad der Lichtausgabe von einem Kerbgrund zu einer Außenseite der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt.
6A und 6B sind schematische Querschnittsansichten, die optische Pfade der Lichtausgabe von einer Seitenwand einer Kerbe zu einer Außenseite der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform zeigen.
7A ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Bereich in der Nähe einer Kerbe ohne eine Abschrägung zeigt, und 7B ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Bereich nahe einer Kerbe mit einer Abschrägung zeigt.
8 ist eine schematische Querschnittsansicht, die optische Pfade der Lichtausgabe von einer Innenseite einer Kerbe mit einer Abschrägung zu einer Außenseite der Leuchtvorrichtung zeigt.
9A ist eine schematische Draufsicht auf eine Leuchtvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, und 9B und 9C sind schematische Querschnittsansichten zum Erklären des Betriebs und der Effekte eines Gitterteils der Leuchtvorrichtung der zweiten Ausführungsform.
10A ist eine schematische Draufsicht auf eine Leuchtvorrichtung gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform, und 10B ist eine schematische Querschnittsansicht zum Erklären des Betriebs und der Effekte eines Gitterteils der Leuchtvorrichtung der Modifikation der zweiten Ausführungsform.
11A ist eine schematische Draufsicht auf eine Leuchtvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform, und die 11B und 11C sind schematische Querschnittsansichten entlang Linien A-A' bzw. B-B', die in 11A gezeigt sind.
12A ist eine schematische Draufsicht auf eine Leuchtvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform, und 12B und 12C sind schematische Querschnittsansichten entlang von Linien A-A' bzw. B-B', die in 12A gezeigt sind.
13A ist eine schematische Querschnittsansicht zum Erklären eines Herstellungsverfahrens für die Leuchtvorrichtung der dritten Ausführungsform, und
13B ist eine schematische Querschnittsansicht zum Erklären eines Herstellungsverfahrens für die Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform.
14A ist eine schematische Aufsicht auf eine Leuchtvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform, und 14B und 14C sind schematische Querschnittsansichten entlang von Linien A-A' bzw. B-B', die in 14A gezeigt sind.
15A ist eine schematische Draufsicht auf eine Leuchtvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform, und 15B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A', die in 15A gezeigt ist.
16 ist eine Tabelle, die zusammen die optischen Emissionswellenlängen und optischen Emissionsausgaben der Leuchtvorrichtungen der ersten bis sechsten Ausführungsformen und ein Vergleichsbeispiel zeigt.
17A ist eine Fotografie, die einen optischen Emissionszustand der Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform zeigt, und 17B ist eine Fotografie, die einen optischen Emissionszustand der Leuchtvorrichtung der sechsten Ausführungsform zeigt.
18 ist ein Graph, der die Ergebnisse von Experimenten zeigt, welche die Effekte einer Schutzschicht bewerten.
19 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Nitridhalbleiterwafers.
20A ist eine schematische Draufsicht auf eine Leuchtvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel, und 20B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A', die in 20A gezeigt ist.
21A ist eine schematische Querschnittsansicht, die den Bereich nahe eines Gitterteils einer p-seitigen Elektrode der Leuchtvorrichtung des Vergleichsbeispiels zeigt, und 21B ist eine schematische Querschnittsansicht, die optische Pfade von Licht zeigt, die von einem optischen Emissionsteil abgestrahlt und zu einer Außenseite der Leuchtvorrichtung des Vergleichsbeispiels ausgegeben werden, das in einer LED-Lampe verwendet wird.
22 ist eine perspektivische Ansicht einer Leuchtvorrichtung, die in US 6,885,034 offenbart ist.
23 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Ti-Schicht zeigt, welche auf der Oberfläche einer Elektrode gebildet ist.
24A bis 24C sind schematische Querschnittsansichten, welche die Form eines Grunds jeder Kerbe zeigen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zunächst wird, unter Bezug auf 19, eine Beschreibung eines Nitridhalbleiterwafers gegeben, der als das Material einer Leuchtvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zu verwenden ist. Eine Pufferschicht 101 wird auf einem Substrat 100 gebildet. Das Substrat 100 besteht beispielsweise aus Saphir, Siliziumnitrid, Silizium, Galliumoxid, Zinkoxid oder dergleichen.
Eine Kontaktschicht vom n-Typ 102a, die aus einem Nitrid-Halbleiter vom n-Typ (z.B. Galliumnitrid) auf der Pufferschicht 101 ausgebildet wird, und eine Mantelschicht vom n-Typ 102b, die aus einem Nitrid-Halbleiter vom n-Typ (z.B. Aluminium-Galliumnitrid) hergestellt ist, werden auf der Kontaktschicht vom n-Typ 102a gebildet. Die Kontaktschicht vom n-Typ 102a und die Mantelschicht vom n-Typ 102b stellen eine Nitridhalbieiterschicht vom n-Typ 102 dar.
Eine optische Emissionsschicht 103 wird auf der Mantelschicht vom n-Typ 102b gebildet. Beispielsweise wird die optische Emissionsschicht 103 aus Indium-Galliumnitrid hergestellt. Die optische Emissionsschicht 103 mag jede bekannte Struktur aufweisen, z.B. eine einzelne Dickschicht oder eine Mehrfachquantentopf ("multi quantum well"; MQW)-Struktur-Schichtdünnschicht.
Eine Mantelschicht vom p-Typ 104b, die aus einem Nitrid-Halbleiter vom p-Typ hergestellt werden (z.B. Aluminium-Galliumnitrid), wird auf der optischen Emissionsschicht 103 gebildet, und eine Kontaktschicht vom p-Typ 104a, die aus einem Nitrid-Halbleiter vom p-Typ hergestellt werden (z.B. Galliumnitrid) wird auf der Mantelschicht vom p-Typ 104b gebildet. Die Kontaktschicht vom p-Typ 104a und die Mantelschicht vom p-Typ 104b bilden eine Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104.
Die Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104, die optische Emissionsschicht 103, die Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 und die Pufferschicht 101 werden zusammen eine Nitridhalbleiterschicht genannt. Eine Dicke der Nitridhalbleiterschicht beträgt beispielsweise 4,6 μm. Eine gesamte Dicke der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 und der optischen Emissionsschicht 103 beträgt beispielsweise 0,35 μm. Eine Dicke des Substrats 100 beträgt beispielsweise 300 bis 500 μm. Ein Saphirsubstrat mit einer Dicke von beispielsweise 330 μm oder 430 μm ist kommerziell erhältlich.
Allgemein gibt es eine Vielzahl von Schichtstrukturen eines Nitridhalbleiterwafers, die für eine Leuchtvorrichtung verwendet werden können. Es gibt drei funktionale Schichten, die zum Bilden einer Leuchtvorrichtung wesentlich sind: eine Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ; eine optische Emissionsschicht; und eine Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ.
Der Nitridhalbleiterwafer kann andere funktionale Schichten umfassen. Ein Beispiel anderer funktionaler Schichten ist eine Dehnungsverringerungsschicht, die zwischen der Kontaktschicht vom n-Typ und der Mantelschicht vom n-Typ eingefügt wird. Die Dehnungsverringerungsschicht kann eine InGaN-Schicht, eine Übergitterschicht aus (InGaN/GaN)_n oder eine Übergitterschicht aus (AlGaN/InGaN)_n sein. Ferner gibt es einen Fall, in dem eine undotierte GaN-Schicht als eine Defektverringerungsschicht zwischen der Mantelschicht vom n-Typ und der optischen Emissionsschicht eingefügt wird.
Die Mantelschicht vom n-Typ 102b und die Mantelschicht vom p-Typ 104b werden gebildet, um Leckagen von Trägern von der optischen Emissionsschicht 103 zu unterdrücken. Diese Schichten werden funktional nicht unbedingt benötigt. Die Mantelschicht vom n-Typ 102b kann aus der Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ herausgelassen werden, und die Mantelschicht vom p-Typ 104b kann aus der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ herausgelassen werden. Auch ein Nitridhalbleiterwafer, der keine Pufferschicht bildet, ist untersucht worden.
Jede Schicht an oder über dem Substrat kann beispielsweise mittels Metallorganischer Gasphasenabscheidung ("metal organic chemical vapor deposition"; MOCVD), Molekularstrahlepitaxie ("molecular beam epitaxy"; MBE), Metallorganischer Molekularstrahlepitaxie (MOMBE), Gasphasenepitaxie ("vapor phase epitaxy"; VPE) oder dergleichen gebildet werden.
Als Nächstes wird, unter Bezug auf die 1A und 1B, eine Beschreibung einer Leuchtvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. 1A ist eine schematische Draufsicht auf die Leuchtvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, und 1B ist eine schematische Querschnittsansicht der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform entlang einer Linie A-A', die in 1A gezeigt ist.
Der Nitridhalbleiterwafer, der unter Bezug auf 19 beschrieben worden ist, wird als das Material der Leuchtvorrichtung dieser Ausführungsform verwendet. Ein optischer Emissionsbereich 150 wird auf der Oberfläche einer Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 definiert, der optische Emissionsbereich 150 weist eine quadratische Form mit einer Aussparung an einer Ecke auf. Die Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104, eine optische Emissionsschicht 103 und eine Oberflächenschicht einer Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 in einem Gebiet, welches das optische Emissionsgebiet 150 umgibt, werden entfernt, um eine Aussparung 111 (Konturnut 111) zu bilden, welche die Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 am Boden der Aussparung freilegt.
Eine p-seitige Elektrode 105 wird auf dem optischen Emissionsbereich 150 ausgebildet. Die p-seitige Elektrode 105 besteht aus einem Gitterteil 105a und einem p-seitigen Kontaktflächenteil 105b. Der Gitterteil 105a weist eine Gitterstruktur auf, und eine Form eines Abschnitts, der von jedem Gitter des Gitterteils 105a umgeben ist, ist ein Quadrat. Der p-seitige Kontaktflächenteil 105b ist an der Ecke benachbart der ausgesparten Ecke des optischen Emissionsbereichs 150 gebildet, und zwar den Gitterteil 105a bedeckend. Die p-seitige Elektrode 105 ist in ohmschem Kontakt mit der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104.
Eine Kerbe 106 wird innerhalb jedes Gitters des Gitterteils 105a gebildet. Jedoch wird die Kerbe 106 nicht innerhalb jedes Gitters des Gitterteils 105a in einem Bereich gebildet, wo der p-seitige Kontaktflächenteil 105b gebildet wird.
Jede Kerbe 106 weist eine Umfangsform an der oberen Kante einer Öffnung auf, und der Boden der Öffnung reicht bis zur Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102. Die Seitenwand jeder Kerbe 106 weist eine Abschrägung auf, welche die Kerbe von einer niedrigeren Position in Richtung einer höheren Position aufweitet.
Eine n-seitige Elektrode 107 wird auf dem Grund der Konturnut 111 gebildet. Die n-seitige Elektrode 107 besteht aus einem linearen Teil 107a und einem n-seitigen Kontaktflächenteil 107b. Der n-seitige Kontaktflächenteil 107b ist in der ausgesparten Fläche des optischen Emissionsbereichs 150 angeordnet. Der Linearteil 107a ist mit dem n-seitigen Kontaktflächenteil 107b verbunden und weist eine schmale gestreckte Form in einer Richtung parallel zu einer Seite des optischen Emissionsbereichs 150 auf. Die n-seitige Elektrode 107 ist in ohmschem Kontakt mit der Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102.
Wenn eine vorbestimmte Spannung zwischen der p-seitigen Elektrode 105 und der n-seitigen Elektrode 107 angelegt wird, wird Licht von der optischen Emissionsschicht 103 abgestrahlt. Eine Wellenlänge des von der optischen Emissionsschicht 103 abgestrahlten Lichts beträgt beispielsweise ca. 480 nm. Die p-seitige Elektrode 105 kann aus einem Material gemacht sein, das für das von der optischen Emissionsschicht 103 ausgestrahlte Licht nicht durchlässig ist. Es ist möglich, Licht von der oberen Oberfläche der Leuchtvorrichtung auszugeben, die nicht mit der p-seitigen Elektrode 105 ausgebildet ist, und zwar zu einer Außenseite der Vorrichtung.
Eine Schutzschicht 110, die beispielsweise aus Siliziumoxid hergestellt ist, bedeckt die gesamte obere Oberfläche der Leuchtvorrichtung außer für eine teilweise obere Oberfläche des p-seitigen Kontaktflächenteils 105b und einer teilweisen oberen Oberfläche des n-seitigen Kontaktflächenteils 107b. Die Schutzschicht 110 ist elektrisch isolierend und für das Licht transparent, das von der optischen Emissionsschicht 103 abgestrahlt wird.
Als Nächstes wird, unter Bezug auf die 2A bis 2C und die 3A bis 3C, eine Beschreibung eines Herstellungsverfahrens für die Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform gegeben. Der Nitridhalbleiterwafer, der unter Bezug auf 19 beschrieben worden ist, wird präpariert.
Als Erstes wird, wie in 2A gezeigt, eine Abdecklackmaske R111 durch Fotolithografie gebildet, die eine Öffnung aufweist, die der Konturnut 111 entspricht. Als Nächstes werden die Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 und die optische Emissionsschicht 103 und eine Oberflächenschicht der Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 in der Öffnung der Abdecklackmaske R111 durch Trockenätzen entfernt, um die Konturnut 111 zu bilden, welche die Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 am Boden der Konturnut freilegt. Die Abdecklackmaske R111 wird danach gewaschen und entfernt.
Eine Tiefe der Konturnut 111 beträgt beispielsweise 0,65 μm. Eine Anzahl von Leuchtvorrichtungen wird auf dem Nitridhalbleiterwafer gebildet. Die Konturnuten 111 definieren die Grenzen der Leuchtvorrichtungen, die auf dem Nitridhalbleiterwafer gebildet werden.
Als Nächstes wird, wie in 2B gezeigt, eine Abdecklackmaske R106 durch Fotolithografie gebildet, die Öffnungen aufweist, die Kerben 106 entsprechen. Als Nächstes werden die Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 und die optische Emissionsschicht 103 und eine Oberflächenschicht der Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 in den Öffnungen der Abdecklackmaske 106 durch Trockenätzen entfernt, um Kerben 106 zu bilden, welche die Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 an den Kerbgründen freilegt. Beispielsweise kann ein Trockenätzen ein reaktives Ionenätzen ("reactive ion etching"; RIE) sein, welches ein Chlorplasmagas verwendet. Nach dem Trockenätzen wird die Abdecklackmaske R106 gewaschen und entfernt.
Die Seitenwand jeder Öffnung der Abdecklackmaske R106 wird angeschrägt, um die Öffnung von einer unteren Position in Richtung einer höheren Position aufzuweiten, und das Trockenätzen wird so durchgeführt, dass jede Kerbe 106 eine abgeschrägte Form aufweist, welche die abgeschrägte Form jeder Öffnung der Abdecklackmaske R106 wiedergibt. Ein Neigungswinkel der Abschrägung der Kerbe 106 kann angepasst werden durch Ändern eines Auswahlverhältnisses zwischen der Abdecklackmaske R106 und der Nitridhalbleiterschicht. Ein Auswahlverhältnis zwischen der Abdecklackmaske R106 und der Nitridhalbleiterschicht kann abhängig von der Druckbedingung, einer Gasart, einer Funkfrequenzleistung und dergleichen des Trockenätzens verändert werden.
Abdecklackrückstände, Kristallrückstände und dergleichen sind an der Oberfläche der Kerbe 106 befestigt, die durch Trockenätzen gebildet wird. Als Nächstes wird der Nitridhalbleiterwafer nach dem Trockenätzen nassgeätzt mittels einer wässrigen Lösung von Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid oder (und) einer wässrigen Lösung von Chlorwasserstoffsäure und Wasserstoffperoxid. Zersetzte organische Überreste des Abdecklacks und Kristallüberreste können dadurch von der Oberfläche jeder Kerbe 106 entfernt werden.
Bei diesem Trockenätzen zum Bilden der Kerben 106 kann eine gestörte Kristallgitterschicht oder eine Schadschicht mit Gasatomen oder Molekülen, die beim Trockenätzen verwendet werden und in die Kristalle eindringen, an den inneren Wandoberflächen der Kerben 106 gebildet werden. Dies kann eine niedrigere Zuverlässigkeit der Leuchtvorrichtung bewirken. Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Nassätzen, wird ein Nassätzen zum Entfernen der Oberflächenschicht der inneren Wand jeder Kerbe 106 durchgeführt, so dass die Zuverlässigkeit der Leuchtvorrichtung verbessert werden kann. Dieses Nassätzen wird für 3 bis 30 Minuten bei Raumtemperatur von bis zu 120°C (z.B. 100°C) durch Verwendung eines Ätzmittels, wie beispielsweise Phosphorsäure, Schwefelsäure oder einer flüssigen Mischung von Phosphorsäure und Schwefelsäure, durchgeführt.
Als Nächstes wird, wie in 2C gezeigt, eine Abdecklackmaske R105a mittels Fotolithografie gebildet, die Öffnungen aufweist, die den Gitterteil 105a der p-seitigen Elektrode 105 entsprechen. Eine Pt-Schicht und eine Au-Schicht werden aufeinanderfolgend durch Verwendung der Pt-Schicht als einer unteren Schicht auf Dicken von 100 nm bzw. 1000 nm jeweils durch Elektronenstrahl ("electron beam"; EB)-Gasphasenabscheidung abgeschieden. Das auf der Oberfläche, die nicht den Öffnungen entspricht, abgeschiedene Gasphasenabscheidungsmaterial wird entfernt, um den Gitterteil 105a zu belassen.
Als Nächstes wird, wie in 3A gezeigt, eine Abdecklackmaske R107 durch Fotolithografie gebildet, die eine Öffnung entsprechend dem linearen Teil 107a und dem n-seitigen Kontaktflächenteil 107b der n-seitigen Elektrode 107 aufweist.
Al-, Rh-, Ti-, Pt-, Au-, Pt- und Au-Schichten werden aufeinanderfolgend durch Verwendung der Al-Schicht als der unteren Schicht auf Dicken von 10 bis 90 nm, 100 nm, 100 n, 100 nm, 200 nm, 100 nm bzw. 200 nm durch EB-Gasphasenabscheidung abgeschieden. Das Gasphasenabscheidungsmaterial, das auf der Oberfläche außerhalb der Öffnung der Abdecklackmaske R107 abgeschieden wird, wird durch Abheben entfernt, um den linearen Teil 107a und den n-seitigen Kontaktflächenteil 107b der n-seitigen Elektrode 107 zur gleichen Zeit zu bilden. Die n-seitige Elektrode 107 wird auf diese Weise gebildet.
Als Nächstes wird, wie in 3B gezeigt, eine Abdecklackmaske R105b durch Fotolithografie gebildet, und zwar mit einer Öffnung, die dem p-seitigen Kontaktflächenteil 105b der p-seitigen Elektrode 105 entspricht. Ein Teil des Gitterteils 105a wird in der Öffnung, entsprechend dem p-seitigen Kontaktflächenteil 105b, freigelegt.
Eine Ni-Schicht und eine Au-Schicht werden aufeinanderfolgend durch Verwenden der Ni-Schicht als einer unteren Schicht auf Dicken von 100 nm bzw. 1000 nm durch EB-Gasphasenabscheidung abgeschieden. Als Nächstes wird das Gasphasenabscheidungsmaterial, das auf der Oberfläche außerhalb der Öffnung der Abdecklackmaske R105 abgeschieden worden ist, durch Abheben entfernt, um den p-seitigen Kontaktflächenteil 105b zu bilden. Der p-seitige Kontaktflächenteil 105b wird so gebildet, dass er mit dem Gitterteil 105a verbunden ist und einen Teil des Gitterteils 105a bedeckt.
Als Nächstes wird, wie in 3C gezeigt, eine Siliziumoxid-Schicht (SiO₂-Schicht) M mit einer Dicke von 100 nm bis 500 nm durch Sputtern der gesamten oberen Oberfläche der Leuchtvorrichtung gebildet.
Beispielsweise werden drei Schichten einer Siliziumoxid-Schicht mit einer Dicke von 100 nm abgeschieden, um die Siliziumoxid-Schicht M mit einer Dicke von 300 nm zu bilden. Eine Siliziumoxid-Schicht, die auf einer inneren Oberfläche der Kerbe 106 abgeschieden ist, empfängt komplizierte Spannungen. Falls eine Schicht mit einer Dicke von 300 nm zu einem Zeitpunkt gebildet wird, tritt eine Befürchtung auf, dass die Siliziumoxid-Schicht sich von den Kerben 106 abheben kann oder Risse in der Siliziumoxid-Schicht während einer Abkühlzeitdauer nach der Schichtbildung bilden können. Solche Fehler können durch mehrfaches Bilden einer dünnen Siliziumoxid-Schicht unterdrückt werden.
Eine Abdecklackmaske R110 wird auf der Siliziumoxid-Schicht M durch Fotolithografie gebildet und weist Öffnungen oberhalb des p-seitigen Kontaktflächenteils 105b und des n-seitigen Kontaktflächenteils 107b auf. Als Nächstes wird die Siliziumoxid-Schicht M in den Öffnungen der Abdecklackmaske 110 durch Nassätzen entfernt, um die unteren Oberflächen des p-seitigen Kontaktflächenteils 105b und des n-seitigen Kontaktflächenteils 107b freizulegen. Als Nächstes wird die Abdecklackmaske R110 gewaschen und entfernt. Auf diese Art wird eine Schutzschicht 110 aus Siliziumoxid-Schicht gebildet.
Nachdem die Schutzschicht 110 gebildet ist, wird der Nitridhalbleiterwafer an einem Trägersubstrat befestigt (z.B. einem Keramiksubstrat oder einem Siliziumsubstrat) durch Verwenden von Wachs oder dergleichen. Der Nitridhalbleiterwafer, der an dem Trägersubstrat befestigt ist, wird abgeschliffen und po liert, um den Wafer auf eine Dicke von ca. 100 μm bis ca. 200 μm herunterzudünnen. Während der Wafer am Trägersubstrat befestigt ist, wird die polierte Oberfläche gewaschen, und eine Metallschicht wird an der Bodenoberfläche des Substrats 100 gebildet, beispielsweise durch Abscheiden einer Ti-Schicht und einer Al-Schicht der Dicken von 3 nm bzw. 200 nm durch EB-Gasphasenabscheidung. Diese Metallschichten dienen dazu, Licht zu reflektieren, das von der optischen Emissionsschicht 103 abgestrahlt worden ist.
Als Nächstes werden Ritzspuren in der Bodenoberfläche des Substrats 100 gebildet. Nachdem die Ritzspuren gebildet worden sind, wird eine Messerkante eines Brechsystems gegen die Oberfläche der Konturnut 111 gedrückt, um den Wafer in Leuchtvorrichtungen zu unterteilen. Mit den oben beschriebenen Prozessen kann die in den 1A und 1B gezeigte Leuchtvorrichtung hergestellt werden.
Jede separierte Leuchtvorrichtung wird an einem Rahmen, einem Stempel, einem Verdrahtungssubstrat, einer Wärmesenke und dergleichen befestigt. Das Haftverfahren kann eine Haftung unter Verwendung von Silberpaste oder Harz, Lötschweißen, Ultraschallverbinden unter Verwendung von Höckern, Thermokompressionsverbinden unter Verwendung eutektischen Verbindungsmaterials und dergleichen sein. Danach werden Leitungselektroden, die den Polaritäten entsprechen, mit dem p-seitigen Kontaktflächenteil 105b und dem n-seitigen Kontaktflächenteil 107b durch Golddrähte oder dergleichen verbunden. Als Letztes wird ein Harzversiegeln oder -verpacken durchgeführt, um eine Leuchtdioden (LED)-Lampe zu vervollständigen.
Die Kerbe 106 ist an der Innenseite jedes Gitters des Gitterteils 105a angeordnet. Falls das Elektrodenmaterial, das den Gitterteil 105a ausmacht, sich bewegt und die optische Emissionsschicht 103 und die Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102, die an der Seitenwand der Kerbe 106 frei liegt, aufgrund von Elektromigration oder elektrochemischer Migration, welche Feuchtigkeit beinhaltet, erreicht, tritt ein Kurzschluss auf.
Gemäß den von den vorliegenden Erfindern durchgeführten Untersuchungen wurde aufgefunden, dass die Migration unterdrückt werden kann, falls Pt, Pd, Ir und/oder Rh als das Material des Gitterteils 105a verwendet wird. Falls diese Elektrodenmaterialien verwendet werden, kann ein guter Kontaktwiderstand (z.B. 5 × 10^–3 Ω·cm^–2 oder niedriger) erreicht werden.
Obwohl in dieser Ausführungsform die Pt-Schicht als die Schicht (eine Schicht unter der Au-Schicht) des Gitterteils 105a verwendet wird, der die Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 kontaktiert, kann diese Schicht eine Pd-Schicht, Rh-Schicht oder Ir-Schicht sein. Durch Bilden der Pt-Schicht, Pd-Schicht, Ir-Schicht oder Rh-Schicht kann der Kontaktwiderstand verringert werden und kann die Reflektivität erhöht werden. Die Reflektivität ist eine Reflektivität an einer Schnittstelle zwischen der optischen Emissionsschicht 103 und der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104, und zwar relativ zur Wellenlänge des Lichts, das von der optischen Emissionsschicht 103 ausgestrahlt wird.
In der LED-Lampe, welche die Leuchtvorrichtung der Ausführungsform verwendet, wird Licht, das an der unteren Oberfläche des Gitterteils 105a reflektiert wird, an der Reflexionsschicht reflektiert, die am Boden des Substrats 100 gebildet ist, um es dem Licht zu erlauben, von der oberen Oberfläche der Leuchtvorrichtung ausgegeben zu werden. Es ist daher bevorzugt, dass die Reflektivität an der unteren Oberfläche des Gitterteils 105a hoch ist.
Als ein weiteres Inhaltselement mag Ag als das Material des Gitterteils 105a verwendet werden. Ag ist ein Metall mit einer höheren Reflektivität als derjenigen von Pt, Pd, Ir und Rh, obwohl Ag dazu neigt, von Elektromigration und elektrochemischer Migration beeinflusst zu werden. Falls Ag verwendet wird, werden Pt- und Ag-Schichten aufeinanderfolgend aufgeschichtet unter Verwendung der Pt-Schicht als einer unteren Schicht dergestalt, dass die Schichten eine Breite von 60 bis 80 % der Entwurfselektrodenbreite aufweisen. Ferner wird, um diese Aufschichtung abzudecken, eine Schicht aus Pt, Pd, Ir oder Rh darauf gestapelt, um die Entwurfselektrodenbreite zu erreichen. Eine Legierungsschicht, die Ag enthält, kann statt der Ag-Schicht verwendet werden.
Die Ti-Schicht kann aus der n-seitigen Elektrode 104 herausgelassen werden, um die Schichtungsstruktur aus Al-, Rh-, Pt-, Au-, Pt- und Au-Schichten zu bilden. Die Ti- und Pt-Schichten können ausgelassen werden, um die Schichtstruktur aus Al-, Rh-, Au-, Pt- und Au-Schichten zu bilden. Die Ti-, Pt-, Au- und Pt-Schichten können ausgelassen werden, um die Schichtstruktur aus La-, Rh- und Au-Schichten zu bilden. Es wird bevorzugt, die Dicke der herausgelassenen Schicht oder Schichten zu kompensieren. Falls beispielsweise die Ti-Schicht ausgelassen wird, wird eine Dicke der obersten Au-Schicht auf 300 nm festgesetzt, falls die Ti- und Pt-Schichten ausgelassen werden, wird eine Dicke der obersten Au-Schicht auf 400 nm festgesetzt und falls die Ti-, Pt-, Au- und Pt-Schichten ausgelassen werden, wird eine Dicke der obersten Au-Schicht auf 700 nm festgelegt.
Der p-seitige Kontaktflächenteil 105b kann eine Struktur aufweisen, dass Ni-, Rh- und Au-Schichten aufeinanderfolgend aufgeschichtet werden durch Verwendung der Ni-Schicht als der untersten Schicht, einer Struktur, dass Ti- und Au-Schichten aufeinanderfolgend aufgeschichtet werden unter Verwendung der Ti-Schicht als der unteren Schicht oder einer Struktur, dass Ti-, Rh- und Au-Schichten aufeinanderfolgend aufgeschichtet werden durch Verwenden der Ti-Schicht als der untersten Schicht. Al, Sn oder Pb können als das Metallmaterial verwendet werden, das die unterste Schicht des p-seitigen Kontaktflächenteils 105b ausmacht.
Die p-seitige Elektrode 105 und die n-seitige Elektrode 107, welche durch das oben beschriebene Verfahren gebildet werden, weisen einen niedrigen Kontaktwiderstand ohne Legieren auf. Ein Kontaktwiderstand der p-seitigen Elektrode 105 beträgt ca. 1 × 10^–3 Ω·cm² bis 5 × 10^–3 Ω·cm², und ein Kontaktwiderstand der n-seitigen Elektrode 107 beträgt ca. 5 × 10^–6 Ω·cm² bis 3 × 10^–5 Ω·cm². Da kein Legieren durchgeführt wird, wird eine Diffusion des Elektrodenmaterials, das durch Legieren bewirkt wird, nicht auftreten. Es ist daher möglich, einen Übergang des Elektrodenmaterials zur Seitenwand der Kerbe 106 zu unterdrücken. Jedes Problem wird schwerlich auftreten, falls ein Legierungsprozess bei einer Temperatur niedriger als 500°C ausgeführt wird.
Falls die p-seitige Elektrode 105 oder die n-seitige Elektrode 107 gebildet werden, bevor die Kerben 106 gebildet werden, wird das Elektrodenmaterial wahrscheinlich an den Seitenwänden der Kerben 106 während des Trockenätzens beim Bilden der Kerben 106 oder während des folgenden Nassätzens anhaften. In dem Zustand, dass das Elektrodenmaterial an der Halbleiteroberfläche gebildet wird, können keine starken Säuren, starken Alkalimaterialien oder starken Oxidationsflüssigkeiten verwendet werden. Daher können zersetzte organische Überreste des Abdecklacks und Kristallüberreste nicht ausreichend entfernt werden, was Defekte bewirkt. Jedoch können diese Defekte vermieden werden, da das oben beschriebene Verfahren die p-seitige Elektrode 105 und die n-seitige Elektrode 107 bildet, nachdem die Kerben 106 gebildet werden.
Zusätzlich zu Siliziumoxid kann das Material der Schutzschicht 110 ein Material sein, das bezüglich der Emission der Leuchtvorrichtung transparent ist, als auch isolierend, wie beispielsweise Titanoxid (TiO₂, TiO₃, Ti₂O₅), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkonoxid (ZrO₂), Hafniumoxid (HfO₂), Neodymoxid (Nd₂O₃), Erbiumoxid (Er₂O₃) und Ceroxid (Ce₂O₃).
Die Schutzschicht 110 unterdrückt einen elektrischen Kurzschluss, der durch Anhaften verschmutzter Substanzen an den Seitenwänden der Kerbe 106 bewirkt wird. Die verschmutzte Substanz kann Feuchtigkeit, leitfähiges Material (Polymerisationsrückstände und Polymerisationskatalysatoren mit Alkengruppen oder Alkingruppen) sein, das im Harz zum Versiegeln der Leuchtvorrichtung enthalten ist, oder dergleichen.
Falls sich die Schutzschicht 110 ablöst, beispielsweise aus den folgenden Gründen, besteht eine Möglichkeit eines elektrischen Kurzschlusses, weil Feuchtigkeit oder dergleichen unter die Schutzschicht 110 gelangt und die Kerbenseitenwand erreicht. Es besteht eine Möglichkeit, dass die Schutzschicht 110 vom Kontaktflächenteil abgelöst wird aufgrund der Hitze und der Ultraschallvibrationen, die erzeugt werden, wenn der p-seitige Kontaktflächenteil 105b und der n-seitige Kontaktflächenteil 107b drahtgebondet werden. Es besteht eine Möglichkeit, dass sich die Schutzschicht 110 nahe dem Gitterteil 105a der p-seitigen Elektrode aufgrund der Hitze während der optischen Emission der LED-Lampe ablöst.
Eine starke Anhaftung zwischen den p- und n-seitigen Elektroden und der Schutzschicht 110 kann verbessert werden, falls eine Ti-Schicht mit einer Dicke von z.B. 3 nm bis 100 nm (bevorzugter von 30 nm bis 50 nm) gasphasenabgeschichtet wird auf der obersten Oberfläche des Gitterteils 105a, des p-seitigen Kontaktflächenteils 105, dem linearen Teil 107a der n-seitigen Elektrode und dem n-seitigen Kontaktflächenteil 107b, bevor die Schutzschicht 110 gebildet wird. 23 zeigt insbesondere eine Ti-Schicht 600, die auf der Oberfläche des Gitterteils 105a gebildet wird. Insbesondere, falls der Gitterteil 105a und die Schutzschicht 110a stark haften, ist die Innenseite jedes Gitters (jeder Abschnitt) des Gitterteils 105a hermetisch abgedichtet, so dass Feuchtigkeit und dergleichen daran gehindert werden, zu den Seitenwänden der Kerbe in dem Gitter zu gelangen. Auf diese Art ist es möglich, eine verschmutzte Substanz daran zu hindern, zur unteren Oberfläche der Schutzschicht 110 zu diffundieren. Es ist auch möglich, eine Bildung von Rissen und dergleichen zu unterdrücken.
Während des Nassätzens beim Bilden von Öffnungen durch der Schutzschicht 110 oberhalb des p-seitigen Kontaktflächenteils 105 und des n-seitigen Kontaktflächenteils 107b, wird die Ti-Schicht geätzt, so dass die Au-Schicht an den Böden der Öffnungen der Schutzschicht 110 freiliegt. Obwohl die Ti-Schicht beispielhaft gasphasenabgeschieden wird, können andere Metalle (z.B. Al und Ni), die einfach zu oxidieren sind, verwendet werden, um eine starke Befestigung zu verbessern.
Falls ein ringförmiger Metalldamm mit einer Ti-, Al- oder Ni-Schicht als der obersten Schicht entlang des äußeren Umfangs der Konturnut 111 gebildet wird, bevor die Schutzschicht 110 gebildet wird, kann die Schutzschicht 110 in starker Befestigung mit dem ringförmigen Metalldamm gebildet werden. Es ist daher möglich, ein Eindringen von verschmutzter Substanz von der Grenzfläche zwischen dem ringförmigen Metalldamm und der Schutzschicht 110 zu unterdrücken.
Als Nächstes wird, unter Bezug auf die 4A und 4B, eine Beschreibung der Größe und dergleichen der Kerbe 106 gegeben. 4A ist eine schematische Querschnittsansicht des Bereichs nahe der Kerben 106, und 4B ist eine schematische Draufsicht auf den Bereich nahe der Kerben 106. Wie in 4A gezeigt, bedeckt die Schutzschicht 110 die obere Oberfläche der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 und den Gitterteil 105a, und auch die Seitenwand und den Kerbgrund 106.
Beispielsweise beträgt eine Linienbreite V des Gitterteils 105a 3 μm, beträgt ein Abstand zwischen den Zentren eines Paars gegenüberliegender Seiten jedes Gitters 15 μm und beträgt ein Abstand W (im Folgenden als ein Verdrahtungsabstand W bezeichnet) zwischen einem Paar gegenüberliegender Seiten jedes Gitters 12 μm.
Die Linienbreite V des Gitterteils 105a wird auf einen Bereich von 1 bis 5 μm festgesetzt. Falls die Linienbreite V 5 μm oder schmaler ist, wird der optische Ausgabewirkungsgrad an der oberen Oberfläche der Leuchtvorrichtung weniger durch eine Lichtabschirmung des Gitterteils 105a herabgesetzt. Die Linienbreite V beträgt vorzugsweise 1 μm oder breiter, um einen Strom über eine breite Oberfläche der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 fließen zu lassen und eine Produktivität aufrecht zu erhalten.
Durch Verwenden der Linienbreite V als eine Einheit, wird der Verdrahtungsabstand W durch eine Formel W = V × N ausgedrückt, und N wird ein Verdrahtungsabstandskoeffizient genannt. Ein richtiger Wert des Verdrahtungsab standskoeffizienten N ändert sich mit einem spezifischen Widerstand der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104. Falls der spezifische Widerstand der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 0,5 Ω·cm bis 3 Ω·cm beträgt, beträgt ein richtiger Verdrahtungsabstandskoffizient N 3 bis 5. Falls der spezifische Widerstand der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 1 × 10^–3 Ω·cm bis 1 × 10^–1 Ω·cm beträgt, beträgt ein richtiger Verdrahtungsabstandskoeffizient N 5 bis 10.
Jede Kerbe 106 ist an der Mitte jedes Gitters des Gitterteils 105a angeordnet. Ein Durchmesser der oberen Kante der Öffnung der Kerbe 106 beträgt beispielsweise 1 μm oder länger (z.B. 5,5 μm), und eine Tiefe der Kerbe 106 beträgt beispielsweise 2,36 μm.
Ein Neigungswinkel γ der Seitenwand der Kerbe 106 relativ zur Normalen zur oberen Oberfläche der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 beträgt beispielsweise 8,1 °. Die Abschrägung der Seitenwand der Kerbe 106 mag nicht vorgesehen sein. Der Neigungswinkel γ liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0° bis 12°. Falls der Neigungswinkel der Abschrägung an der Seitenwand nicht gleichförmig ist, wird der Neigungswinkel definiert durch Verwenden einer Anpassungslinie der gesamten Abschrägung.
Ein kürzester Abstand vom Gitterteil 105a zur oberen Kante der Öffnung der Kerbe 106 (Abstand von einer Seite des Gitters zur oberen Kante der Öffnung) beträgt vorzugsweise 2 μm oder länger in Hinsicht auf die Unterdrückung der Migration des Verdrahtungsmaterials in die Kerbe 106 und in Hinsicht auf eine Verbesserung einer Herstellungsausbeute. Es sei angenommen, dass ein Durchmesser N der Öffnung durch eine Formel N = W × M unter Verwendung des Verdrahtungsabstands W als eine Einheit ausgedrückt wird. M wird ein Kerbbreiten- bzw. -weitenkoeffizient genannt. Der Kerbenkoeffizient M wird vorzugsweise in einem Bereich von 0,3 bis 0,7 festgesetzt.
Ein Verhältnis (im Folgenden ein Öffnungsverhältnis genannt) der Öffnungsfläche der Kerbe zur inneren Fläche eines Gitters des Gitterteils 105a (eine Fläche, die von dem Gitterteil 105a umgeben wird) liegt vorzugsweise in einem Bereich von 7 % bis 50 %. Das Öffnungsverhältnis liegt bevorzugter in einem Bereich von 10 % bis 40 % und weit bevorzugter in einem Bereich von 12 % bis 35 %.
Eine Tiefe der Kerbe beträgt vorzugsweise ca. 0,3 bis 0,7 mal dem Öffnungsdurchmesser H. Ein Abstand t vom Grund der Kerbe 106 zum Substrat 100 beträgt vorzugsweise 1 μm oder länger. Der Grund der Kerbe 106 kann die obere Oberfläche des Substrats 100 erreichen. Wie in den 24A bis 24C gezeigt, mag die Form des Grunds der Kerbe entweder eine flache Ebene sein (24A), eine nach unten konkave Ebene (24B) oder eine nach oben konvexe Ebene (24C) und ist vorzugsweise die konvexe Ebene. Eine Tiefe der Kerbe 106 kann als ein Abstand nach unten zum tiefsten Punkt des Bodens definiert werden.
Die Öffnungsform der Kerbe kann verschiedene Formen annehmen, die sich von einem Kreis unterscheiden. Beispielsweise kann, wie in 4C gezeigt, die Öffnungsform der Kerbe annähernd rechteckig sein.
Als Nächstes wird, unter Bezug auf 20, die Leuchtvorrichtung des Vergleichsbeispiels beschrieben. Diese Leuchtvorrichtung wird nach herkömmlichen Techniken gebildet. 20A ist eine schematische Draufsicht auf die Leuchtvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel, und 20B ist eine schematische Querschnittsansicht der Leuchtvorrichtung des Vergleichsbeispiels entlang einer Linie A-A', die in 20A gezeigt ist.
Die Leuchtvorrichtung des Vergleichsbeispiels verwendet ebenfalls als das Material den Nitridhalbleiterwafer, der unter Bezug auf 19 beschrieben worden ist. In der Leuchtvorrichtung des Vergleichsbeispiels werden Kerben nicht in der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 gebildet. Die Form des optischen Emissionsbereichs und die Gestaltung der p- und n-seitigen Kontaktflächenteile sind unterschiedlich von dem der ersten Ausführungsform. Eine genaue Beschreibung wird weiter unten gegeben.
In der Leuchtvorrichtung des Vergleichsbeispiels ist der optische Emissionsbereich 950, der eine Form mit einer zentralen Fläche einer Seite einer quadratischen Schicht entfernt hat, auf der Oberfläche der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 definiert. Durch Entfernen der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 und der optischen Emissionsschicht 103 und einer Oberflächenschicht der Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 in einem Bereich, der den optischen Emissionsbereich 950 umgibt, wird eine Aussparung 111 (Konturnut 911) gebildet, welche die Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 am Boden der Aussparung freilegt.
Die p-seitige Elektrode 905 wird im optischen Emissionsbereich 950 gebildet. Die p-seitige Elektrode 905 wird aus dem Gitterteil 905a und dem p-seitigen Kontaktflächenteil 905b gebildet. Der Gitterteil 905a weist eine Gitterstruktur auf, und jedes Gitter ist quadratisch. Der p-seitige Kontaktflächenteil 905b wird in einer zentralen Fläche der Seite gegenüberliegend der ausgesparten Seite gebildet, wobei er den Gitterteil 905a abdeckt.
Die n-seitige Elektrode 907 wird am Boden der Konturnut 911 gebildet. Die n-seitige Elektrode 907 besteht lediglich aus einem n-seitigen Kontaktflächenteil 907b ohne den linearen Teil, was unterschiedlich zur n-seitigen Elektrode 107 der ersten Ausführungsform ist. Der n-seitige Kontaktflächenteil 907 ist in einer ausgesparten Fläche des optischen Emissionsbereichs 950 angeordnet.
Als Nächstes wird eine Beschreibung von Experimenten des Messens einer Emissionsausgabe der Leuchtvorrichtungen der ersten Ausführungsform und des Vergleichsbeispiels gegeben. Die Leuchtvorrichtungen der ersten Ausführungsform und des Vergleichsbeispiels wurden auf einem TO-46-Stempel befestigt, und ein Gesamtlichtfluss wurde unter Verwendung einer umgebenden Kugel gemessen. Eine Emissionsausgabe der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform wurde mit derjenigen des Vergleichsbeispiels verglichen. Die Emissionsausgaben, die in der Einheit mW gemessen wurden, wurden verglichen.
Eine Emissionswellenlänge der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform betrug 478 nm, und die des Vergleichsbeispiels betrug 480 nm. Unter der Annahme, dass die Emissionsausgabe der Leuchtvorrichtung des Vergleichsbeispiels 100 % beträgt, betrug die Emissionsausgabe der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform 140 %. Die Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt eine höhere Emissionsausgabe als diejenige des Vergleichsbeispiels. 16 zeigt zusammen Emissionswellenlängen und Emissionsausgaben der Leuchtvorrichtungen der ersten bis sechsten Ausführungsformen und des Vergleichsbeispiels.
Als Nächstes werden der Betrieb und die Effekte für die Kerbe 106 untersucht, die in der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform ausgebildet werden. Zunächst wird das Problem studiert, das der Leuchtvorrichtung des Vergleichsbeispiels zugeordnet ist.
21A ist eine schematische Querschnittsansicht eines Bereichs nahe dem Gitterteil 905a der p-seitigen Elektrode der Leuchtvorrichtung des Vergleichsbeispiels. Da allgemein ein spezifischer Widerstand der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 hoch ist (z.B. 1 × 10^–2 Ω·cm bis 3 Ω·cm) wird die Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 dünn ausgebildet (z.B. 1 mm oder dünner), um einen Reihenwiderstand zu unterdrücken. Daher fließt, wie durch die Pfeile in 21A angedeutet, ein Strom, der von der p-seitigen Elektrode 905a stammt, in die Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 ohne ausreichend in der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 verteilt zu werden.
Als ein Ergebnis ist der Bereich der optischen Emissionsschicht 103, der zur optischen Emission beiträgt, lediglich auf den Bereich gerade unter dem Gitterteil 905a und seinem benachbarten Bereich beschränkt (diese Regionen werden im Folgenden als ein optischer Emissionsteil bezeichnet). In 21A ist der optische Emissionsteil von einer gestrichelten Linie umgeben. Vom Bereich der optischen Emissionsschicht 103, der nicht dem optischen Emissionsteil entspricht, wird angenommen, dass er als eine Absorptionsschicht zum Absorbieren von Licht arbeitet, das vom optischen Emissionsteil ausgestrahlt wird.
21B ist eine schematische Querschnittsansicht, welche optische Pfade von Licht zeigt, das von einem optischen Emissionsteil X ausgestrahlt und zur Außenseite der Leuchtvorrichtung des Vergleichsbeispiels einer LED-Lampe ausgegeben wird. Gezeigte optische Pfade sind nur darstellende Beispiele.
Eine Reflexionsschicht 120 zum Reflektieren von Licht, das von der optischen Emissionsschicht 103 ausgestrahlt wird, wird am Boden des Substrats 100 gebildet. Die Leuchtvorrichtung ist in durchscheinendem Harz 130 verkapselt. Licht, das vom optischen Emissionsteil X ausgestrahlt wird, wird zu einer Außenseite (im durchscheinenden Harz 130) der Vorrichtung über verschiedene optische Pfade ausgegeben. Eine Reflektivität der Nitridhalbleiterschicht ist höher als diejenige des durchscheinenden Harzes 130 und der des Substrats 100.
Optische Pfade vom optischen Emissionsteil X zur Außenseite der Vorrichtung können in die folgenden drei Typen eingeteilt werden. Der optische Pfad vom ersten Typ ist ein optischer Pfad, entlang dessen Licht zur Außenseite der Vorrichtung von einer oberen Oberfläche der Nitridhalbleiterschicht (in 21B gezeigte optische Pfade L1, L2 und L3) ausgegeben wird.
Der optische Pfad vom zweiten Typ ist ein optischer Pfad von Licht aus Licht, das an der Grenzfläche zwischen der Nitridhalbleiterschicht und dem durchscheinenden Harz 140 totalreflektiert wird und zur Außenseite der Vorrichtung von der Endfläche der Leuchtvorrichtung ausgegeben wird, welches nicht an der Grenzfläche zwischen der Nitridhalbleiterschicht und dem Substrat 100 totalreflektiert wird (optische Pfade L4 und L5, die in 21B gezeigt sind). Licht, das sich entlang des optischen Pfads vom zweiten Typ ausbreitet, wird nämlich an der Grenzfläche zwischen der Nitridhalbleiterschicht und dem durchscheinenden Harz 130 und an der Reflexionsschicht 120 reflektiert und von der Endfläche der Leuchtvorrichtung ausgegeben. Licht, das sich entlang eines solchen optischen Pfads ausbreitet, wird ein sich innerhalb der Vorrichtung ausbreitendes Licht genannt. In dem in 21B gezeigten Beispiel wird, da die Länge der Leuchtvorrichtung entlang der Richtung der inneren Ebene der Nitridhalbleiterschicht kurz ist, Licht, das sich entlang des optischen Pfads L4 ausbreitet, an der Reflexionsschicht 120 reflektiert und von der Endfläche der Vorrichtung ausgegeben, bevor das Licht an der Grenzfläche zwischen der Nitridhalbleiterschicht und dem Harz außerhalb der Vorrichtung reflektiert wird, und Licht, das sich entlang des optischen Pfads L5 ausbreitet, wird an der Grenzfläche zwischen der Nitridhalbleiterschicht und dem durchscheinenden Harz 130 reflektiert und danach von der Endfläche der Vorrichtung ausgegeben, bevor das Licht an der Reflexionsschicht 120 reflektiert wird.
Der optische Pfad vom dritten Typ ist ein optischer Pfad, der, von dem Licht, das an der Grenzfläche zwischen der Nitridhalbleiterschicht und dem durchscheinenden Harz 130 totalreflektiert und zur Außenseite der Vorrichtung von der Endfläche der Leuchtvorrichtung ausgegeben wird, Licht auch an der Nitridhalbleiterschicht und dem Substrat 100 totalreflektiert (optische Pfade L6 und L7, die in 21B gezeigt sind). Licht, das sich entlang des optischen Pfads vom dritten Typ ausbreitet, wird nämlich an der Grenzfläche zwischen der Nitridhalbleiterschicht und dem durchscheinenden Harz 130 und an der Grenzfläche zwischen der Nitridhalbleiterschicht und dem Substrat 100 reflektiert und von der Endfläche der Nitridhalbleiterschicht ausgegeben. Licht, das sich entlang eines solchen optischen Pfads ausbreitet, wird ein sich innerhalb der Nitridhalbleiterschicht ausbreitendes Licht genannt.
Licht, das von der optischen Emissionsschicht 103 ausgestrahlt wird und sich entlang irgendeines der optischen Pfade der drei Typen ausbreitet, wird durch Absorption durch den Bereich der optischen Emissionsschicht 103 gedämpft, der nicht zur optischen Emission beiträgt, wobei die Absorption durch Defekte in der Nitridhalbleiterschicht und dergleichen bewirkt wird.
Da die Nitridhalbleiterschicht im Vergleich zur Gesamtdicke der Leuchtvorrichtung dünn ist, kann angenommen werden, dass das sich innerhalb der Nitrid halbleiterschicht ausbreitende Licht eine Anzahl von Reflexionen aufweist, bis das Licht die Endfläche der Vorrichtung erreicht, die größer ist als diejenige des sich innerhalb der Vorrichtung ausbreitenden Lichts. Aus diesem Grund kann angenommen werden, dass das sich innerhalb der Nitridhalbleiterschicht ausbreitende Licht wahrscheinlich mehr gedämpft wird als das sich innerhalb der Vorrichtung ausbreitende Licht.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen optischen Pfad von Licht zeigt, das von einem Grund einer Kerbe zur Außenseite der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform ausgegeben wird. Der gezeigte optische Pfad ist ein illustratives Beispiel. In der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform wird die Kerbe 106 in der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 gebildet, wo der Gitterteil 105a nicht gebildet wird. Die Kerbe ist nämlich nicht im Bereich der optischen Emissionsschicht 103 unter dem Gitterteil 105a der p-seitigen Elektrode angeordnet, wodurch zumindest ein Teil des Bereichs der optischen Emissionsschicht entfernt wird, von dem angenommen wird, dass er nicht zur optischen Emission beiträgt.
Beispielsweise wird Licht, das vom Grund der Kerbe 106 ausgegeben wird, nicht durch die Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102, die optische Emissionsschicht 103 und die Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 laufen, die entsprechend zum Bilden der Kerbe 106 entfernt wurden. Daher kann die Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform Licht zur Außenseite der Vorrichtung abgeben, während eine Dämpfung durch die Nitridhalbleiterschicht stärker unterdrückt wird als in dem Fall, in dem die Kerben nicht gebildet werden.
6A ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen optischen Pfad von Licht zeigt, das von einer Seitenwand der Kerbe 106 zu einer Außenseite der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform ausgegeben wird. Beispielsweise sei das sich innerhalb der Nitridhalbleiterschicht ausbreitende Licht betrachtet. Wie in 6A gezeigt, kann das sich innerhalb der Nitridhalbleiterschicht ausbreitende Licht von den Seitenwänden der Kerbe 106 zur Außenseite der Vorrichtung ausgegeben werden, bevor das Licht die Endflä che der Nitridhalbleiterschicht erreicht. In der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform kann Licht, das von der Endfläche der Vorrichtung auszugeben ist, falls die Kerbe 106 nicht gebildet wird, von der Seitenwand der Kerbe 106 ausgegeben werden. Es ist möglich, Licht zur Außenseite der Vorrichtung auszugeben durch Unterdrücken der Dämpfung, während Licht die Endfläche der Leuchtvorrichtung erreicht.
Da Licht an der Seitenwand der Kerbe 106 gebrochen wird und seinen optischen Pfad nach oben verändert, ist es möglich, eine Lichtmenge zu erhöhen, die in Richtung der oberen Oberflächenseite von der Leuchtvorrichtung ausgestrahlt wird (eine Lichtmenge entlang einer normalen Richtung zur oberen Oberfläche der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104).
Wie in 6B gezeigt, ist es möglich, einen anderen optischen Pfad zu betrachten, entlang dessen Licht von der Seitenwand einer Kerbe 106 zur Vorrichtungsaußenseite abgegeben wird, wieder in das Innere der Vorrichtung eintritt und danach von der Seitenwand einer benachbarten Kerbe 106 zur Vorrichtungsaußenseite abgegeben wird. Optische Pfade, die in den 6A und 6B gezeigt sind, sind illustrative Beispiele.
Als Nächstes werden, unter Bezug auf die 7A und 7B, der Betrieb und die Effekte einer Abschrägung der Seitenwand einer Kerbe 106 untersucht.
7A ist ein schematisches Diagramm, das den Bereich nahe einer Kerbe ohne eine Abschrägung zeigt (diese Kerbe ist als eine Kerbe 106A eingezeichnet). Die Seitenwand der Kerbe 106A ist senkrecht zur oberen Oberfläche der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104. Die obere Kante bzw. die Begrenzung des Grunds der Kerbe 106A sind kreisförmig, und eine Form eines Raums, der von der inneren Oberfläche der Kerbe 106A umgeben wird, ist zylindrisch. Dieser gezeigte Querschnitt läuft durch die Mitte der oberen Kante der Kerbe 106A und ist senkrecht zur oberen Oberfläche der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104. Eine Kreuzungslinie zwischen diesem Querschnitt und der Seitenwand der Kerbe 106A wird einfach eine "Seitenebene" genannt.
Ein Durchmesser der Kerbe 106A ist L, und eine zugehörige Tiefe ist D. Ein Brechungsindex der Nitridhalbleiterschicht ist n1, und ein Brechungsindex eines Mediums außerhalb der Vorrichtung ist n2. Der Brechungsindex n2 ist kleiner als n1. Nun werde Licht betrachtet, das sich in der Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 ausbreitet und auf einen Einfallspunkt P auftrifft, der sich an der niedrigsten Position einer Seitenebene S1 befindet.
Ein Einfallswinkel des einfallenden Lichts auf den Einfallspunkt P wird definiert durch einen Winkel zwischen dem Licht und der Normalen zur Seitenebene S1. Ein Brechungswinkel des Lichts, das auf den Einfallspunkt P auftrifft bzw. einfällt, und zur Kerben 106A-Seite ausgegeben wird, wird definiert durch die Ausgabe des Lichts und die Normale zur Seitenebene S1.
Ein Brechungswinkel der Lichtausgabe vom Einfallspunkt P zu einem Punkt Q an der oberen Kante der Öffnung der anderen Seitenebene S2 wird durch βdia dargestellt. Ein Einfallswinkel des einfallenden bzw. auftreffenden Lichts, das einer Lichtausgabe beim Brechungswinkel βdia entspricht, wird durch αxdia dargestellt. Ein kritischer Winkel der Totalreflexion am Einfallspunkt P wird durch αcrt dargestellt. Ein Brechungswinkel des ausgegebenen Lichts, das einem einfallenden Licht unter dem kritischen Winkel αcrt entspricht, wird durch βcrt dargestellt. Der Brechungswinkel βcrt beträgt 90°.
Ein Brechungswinkelbereich des Lichts, das auf den Einfallspunkt P einfällt, zur Kerben 106A-Seite und zur Außenseite der Vorrichtung ausgegeben wird, liegt zwischen βdia und βcrt. Dementsprechend liegt ein Einfallswinkelbereich des Lichts, das auf den Einfallspunkt P einfällt, zur Kerben 106A-Seite ausgegeben, und zum Äußeren der Vorrichtung ausgegeben wird, zwischen αdia und αcrt. Ein Unterschied zwischen den Brechungswinkeln βcrt und βdia wird definiert als ein effektives Ausgabewinkelmaß Δβeff, und ein Unterschied zwischen den Einfallswinkeln αcrt und αdia wird definiert als ein effektives Eingabewinkelmaß Δαeff.
Das Snellius'sche Brechungsgesetz wird erfüllt für Licht mit einem Einfallswinkel von α und einem Brechungswinkel von β gemäß: n1·sinα = n2·sinβ (1)
Nach dem Snellius'schen Brechungsgesetz (1) können die Einfallswinkel αcrt und αdia aus den Formeln (2) und (3) berechnet werden:
wobei βcrt in der Formel (2) 90° beträgt. βdia in Formel (3) kann aus Formel (4) berechnet werden zu: βdia = tan–1d (4),wobei d ein Verhältnis D/L der Tiefe D zum Durchmesser L der Kerbe ist.
Beispielsweise wird angenommen, dass das Verhältnis d 0,5 beträgt, der Brechungsindex n1 der Nitridhalbleiterschicht 2,4 beträgt, und der Brechungsindex n2 des Mediums außerhalb der Vorrichtung 1,0 beträgt. In diesem Fall sind αcrt 24,6°, und αdia ist 10,7°, wie aus den Formeln (2) und (3) ersichtlich. Unter Verwendung dieser Winkel beträgt ein effektives Eingabewinkelmaß Δαeff 13,9°.
7B ist ein schematisches Diagramm, das den Bereich nahe einer Kerbe mit einer Abschrägung zeigt. Die Kerbe 106 weist eine Form auf, die von unten nach oben weiter wird. Die obere Kante einer Öffnung und die Umgrenzung des Grunds der Kerbe 106 sind jeweils kreisförmig, und eine Form eines Raums, der von der inneren Oberfläche der Kerbe 106 umgeben ist, ist die eines kegelstumpfartigen Kegels. Dieser gezeigte Querschnitt läuft durch die Mitte der oberen Kante der Kerbe 106 und ist senkrecht zur oberen Oberfläche der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104. Ein Neigungswinkel der Seitenwand der Kerbe 106 ist γ. Eine Kreuzungslinie zwischen diesem Querschnitt und der Seitenwand der Kerbe wird einfach eine "Seitenebene" genannt.
Ein Durchmesser der Grenze des Grunds der Kerben 106 ist L, und eine Tiefe davon ist D. Nun wird angenommen, dass sich Licht in der Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 ausbreitet und auf einen Einfallspunkt Pt einfällt, der sich an der niedrigsten Position einer Seitenebene St1 befindet.
Ein Einfallswinkel des Lichts, das auf den Einfallspunkt Pt einfällt, wird durch einen Winkel zwischen dem Licht und der Normalen zu einer Seitenebene St1 definiert. Ein Brechungswinkel des Lichts, das auf den Einfallspunkt Pt einfällt und zur Kerben 106-Seite ausgegeben wird, wird durch das Ausgabelicht definiert, als auch durch die Normale zur Seitenebene St1.
Ein Brechungswinkel der Lichtausgabe vom Einfallspunkt Pt zu einem Punkt Qt an der oberen Kante der Öffnung der anderen Seitenebene St2 wird durch βtdia dargestellt. Ein Einfallswinkel des einfallenden Lichts, das der Lichtausgabe bei einem Brechungswinkel βtdia entspricht, wird durch αtdia dargestellt. Ein kritischer Winkel der Totalreflexion am Einfallspunkt Pt wird durch αtcrt dargestellt. Ein Brechungswinkel des Ausgabelichts, das einem einfallenden Licht bei einem Winkel αtcrt entspricht, wird durch βtcrt dargestellt. Der Brechungswinkel βtcrt beträgt 90°.
Ein Brechungswinkelbereich des Lichts, das auf den Einfallspunkt Pt einfällt, zur Kerben (106)-Seite ausgegeben wird und zur Außenseite der Vorrichtung ausgegeben wird, reicht von βtdia bis βtcrt. Dementsprechend reicht ein Einfallswinkelbereich des Lichts, das auf den Einfallspunkt Pt einfällt, zur Kerben (106)-Seite ausgegeben wird und zur Außenseite der Vorrichtung ausgegeben wird, von αdia bis αtcrt. Ein Unterschied zwischen den Brechungswinkeln βtcrt und βtdia wird definiert als ein effektives Ausgabenwinkelmaß Δβteff, und ein Unterschied zwischen den Einfallswinkeln αtcrt und αtdia wird definiert als ein effektives Eingabewinkelmaß Δαteff.
Nach dem Snellius'sche Brechungsgesetz (1) können die Einfallswinkel αtcrt und αtdia aus den Formeln (2) und (3) berechnet werden:
wobei der Brechungsindex der Nitridhalbleiterschicht n1 beträgt und der Brechungsindex des Mediums außerhalb der Vorrichtung n2 beträgt.
βtcrt in der Formel (5) beträgt 90°. βtdia in Formel (6) kann aus der Formel (7) berechnet werden:
wobei d das Verhältnis D/L ist.
Der Abschrägungsneigungswinkel γ beträgt beispielsweise 8,0°. Ähnlich zu den unter Bezug auf 7A beschriebenen Bedingungen wird für die anderen Bedingungen angenommen, dass das Verhältnis d 0,5 beträgt, der Brechungsindex n1 der Nitridhalbleiterschicht 2,4 beträgt und der Brechungsindex n2 des Mediums außerhalb der Vorrichtung 1,0 beträgt. In diesem Fall ergibt sich αtcrt = 24,6° aus Formel (5). Dieser Winkel stimmt mit αcrt überein, was unter Bezug auf 7A beschrieben worden ist. αtdia beträgt aus Formel (6) 7,0°. Unter Verwendung dieser Winkel beträgt das effektive Eingabewinkelmaß Δαteff = 17,6°.
Das effektives Eingabewinkelmaß Δαteff (17,6°) mit der Abschrägung ist größer als das effektive Eingabewinkelmaß Δαeff (13,9°) ohne die Abschrägung. Durch Bilden der Abschrägung an der Seitenebene der Kerbe wird der Eingabewinkelbereich zur Seitenebene der Kerbe für dasjenige Licht aufgeweitet, das von der Seitenebene der Kerbe ausgegeben wird und zur Außenseite der Vorrichtung ausgegeben wird. Die Abschrägung vereinfacht nämlich die Ausgabe von Licht von der Kerbenseitenebene.
Qualitativ gesehen verbreitert die Abschrägung den oberen Teil der Kerbe mehr als den unteren Teil, und eine Lichtausgabe von der Kerbenseitenebene wird es schwer haben, in die Vorrichtung vom oberen Teil der Kerbenseitenebene einzutreten. Man kann daher sagen, dass Licht einfach ausgegeben werden kann. Diese Erklärung ist auch anwendbar auf eine Lichtausgabe vom Kerbgrund.
Wie in 8 gezeigt, kann ein weiterer Effekt erwartet werden. Licht, das an der abgeschrägten Kerbenseitenebene reflektiert wird (Licht, das durch die optischen Pfade L11 bis L13 in 8 angezeigt ist), breitet sich im oberen Bereich der Leuchtvorrichtung aus, wird von der Reflexionsschicht 120 reflektiert und wird zur Außenseite der Vorrichtung von der oberen Oberfläche der Nitridhalbleiterschicht vom p-Schicht 104 und dem Grund der Kerbe 106 leicht ausgegeben. Ein weiterer Effekt kann ebenfalls erwartet werden. Licht, das von der Kerbenseitenebene zur Außenseite der Vorrichtung ausgegeben wird (Licht, das durch einen optischen Pfad L14 in 8 angezeigt wird), weist einen Einfallswinkel auf die Kerbseitenebene auf, welcher durch die Abschrägung kleiner gemacht wird, so dass der Reflexionsverlust an der Kerbseitenebene verringert werden kann.
Im Besonderen wird das sich innerhalb der Nitridhalbleiterschicht ausbreitende Licht untersucht. Es wird angenommen, dass der Brechungsindex der Nit ridhalbleiterschicht 2,4 beträgt und der Brechungsindex des Substrats 100, das aus Saphir hergestellt ist, 1,77 beträgt. Der kritische Winkel des Lichts, welches auf die Nitrid-Halbleiterseite auftrifft und an der Grenzfläche zwischen der Nitridhalbleiterschicht und dem Substrat 100 reflektiert wird, ergibt sich aus dem Snellius'schen Brechungsgesetz (1) zu 47,5°. Das sich innerhalb der Nitridhalbleiterschicht ausbreitende Licht weist einen Einfallswinkel von 47,5° in Bezug auf das Substrat 100 auf.
Es wird der Fall betrachtet, in welchem die Kerbseitenebene senkrecht (ohne Abschrägung) ist. Ein maximaler Einfallswinkel des sich innerhalb der Nitridhalbleiterschicht ausbreitenden Lichts, das auf die Kerbseitenebene einfällt, beträgt 42,5°, was ein zu 47,5° komplementärer Winkel ist.
Falls der kritische Einfallswinkel αcrt über 42,5° liegt, existiert das sich innerhalb der Nitridhalbleiterschicht ausbreitendes Licht nicht, das auf die Kerbseitenebene unter einem Einfallswinkel im Bereich von 42,5° bis zum kritischen Einfallswinkel αcrt einfällt. Daher wird der Einfallswinkelbereich für Licht schmal, das auf die Kerbseitenebene einfällt und von der Außenseite der Vorrichtung ausgegeben wird. In diesem Fall beträgt eine obere Grenze des Einfallswinkels 42,5° für Licht, das auf die Kerbseitenebene einfällt und zur Außenseite der Vorrichtung ausgegeben wird.
In dem unter Bezug auf 7A beschriebenen Beispiel betragen die kritischen Einfallswinkel αcrt 24,6 und 38,7° bei Brechungsindizes von 1,0 bzw. 1,5 des Mediums außerhalb der Vorrichtung. Da diese kritischen Einfallswinkel αcrt kleiner als 42,5° sind, sind diese Winkel im Winkelbereich umfasst, in welchem das sich innerhalb der Nitridhalbleiterschicht ausbreitende Licht auf die Kerbseitenebene auftreffen kann.
Als Nächstes wird die Abschrägung der Kerbseitenebene untersucht. Der Abschrägungsneigungswinkel wird durch γ dargestellt. Der maximale Einfallswinkel des sich innerhalb der Nitridhalbleiterschicht ausbreitenden Lichts, das auf die Kerbseitenebene einfällt, beträgt 42,5° – γ, wobei 42,5° ein komplementärer Winkel zu 47,5° ist.
Falls 42,5° – γ kleiner als der kritische Einfallswinkel αcrt ist, gibt es kein sich innerhalb der Nitridhalbleiterschicht ausbreitendes Licht, das auf die Kerbseitenebene unter einem Einfallswinkel im Bereich von 42,5° – γ bis zum kritischen Einfallswinkel αcrt einfällt. Daher wird der Einfallswinkelbereich für das Licht schmal, welches auf die Kerbseitenebene einfällt und von der Außenseite der Vorrichtung ausgegeben wird. Der maximale Neigungswinkel γ, welcher den Einfallswinkelbereich nicht verkleinert, ist ein Winkel, bei dem 42,5° – γ gleich dem kritischen Einfallswinkel αcrt wird. Dieser Neigungswinkel γ kann nämlich aus der Formel 42,5° – γ berechnet werden.
In dem unter Bezug auf 7A beschriebenen Beispiel betragen die kritischen Einfallswinkel αcrt 24,6° und 38,7° bei Brechungsindizes von 1,0 bzw. 1,5 des Mediums außerhalb der Vorrichtung. Beim Brechungsindex von 1,0 des Mediums außerhalb der Vorrichtung beträgt der maximale Neigungswinkel 42,5° – 24,6° = 17,9°, wobei beim Brechungsindex von 1,5 des Mediums außerhalb der Vorrichtung der maximale Neigungswinkel 42,5° – 38,7° = 3,8° beträgt.
Obwohl insbesondere das sich innerhalb der Nitridhalbleiterschicht ausbreitende Licht untersucht worden ist, kann Licht, das von der optischen Emissionsschicht abgestrahlt und von der Kerbe zur Außenseite der Vorrichtung ausgegeben wird, verschiedene optische Pfade durchlaufen.
Gemäß dem Experiment der vorliegenden Erfinder ist es allgemein bevorzugt, den Abschrägungsneigungswinkel auf einen Bereich von 0° bis 12° festzulegen. Gemäß den Untersuchungen insbesondere des sich innerhalb der Nitridhalbleiterschicht ausbreitenden Lichts ist es effektiv, wenn der Abschrägungsneigungswinkel kleiner festgesetzt wird, wenn der Brechungsindex des Mediums außerhalb der Vorrichtung höher wird.
Falls der Brechungsindex des Mediums außerhalb der Vorrichtung sich in einem Bereich von 1,0 bis 1,3 bewegt, beträgt der Neigungswinkel der Kerbenabschrägung vorzugsweise 3° bis 18°, und bevorzugter 5° bis 12°. Falls der Brechungsindex des Mediums außerhalb der Vorrichtung sich in einem Bereich von 1,3 bis 1,6 befindet, liegt der Neigungswinkel der Kerbenabschrägung vorzugsweise bei 0° bis 12° und bevorzugter bei 0° bis 7°. Falls der Brechungsindex des Mediums außerhalb der Vorrichtung sich in einem Bereich von 1,6 bis 2,0 befindet, liegt der Neigungswinkel der Kerbenabschrägung vorzugsweise bei 0° bis 7° und bevorzugter bei 0° bis 3°.
Als Nächstes werden Untersuchungen über das Verhältnis zwischen einem Durchmesser der Öffnung bzw. einer Tiefe der Kerbe durchgeführt. Ein Verhältnis der Kerbtiefe zum Durchmesser der Öffnung der Kerbe wird als ein Kerbtiefenverhältnis definiert. Wenn das Kerbtiefenverhältnis größer wird, wird Licht, das vom Bereich nahe dem Grund der Kerbe zur Außenseite der Vorrichtung ausgegeben wird, wahrscheinlicher in die Vorrichtung wieder von der Kerbseitenebene eintreten. Wenn das Kerbtiefenverhältnis kleiner wird, wird die Fläche der Kerbseitenebene schmal, und die optische Ausgabemenge von der Kerbseitenebene verringert sich. Gemäß dem Experiment der vorliegenden Erfinder liegt der Bereich des Kerbtiefenverhältnisses vorzugsweise zwischen 0,3 bis 0,7 und bevorzugter zwischen 0,35 und 0,55.
Als Nächstes wird eine Beschreibung bezüglich des Abstands vom Kerbgrund zum Substrat 100 gegeben. Es wird bevorzugt, dass der Abstand vom Kerbgrund zum Substrat 100 1 μm oder länger beträgt. Mit dieser Einstellung kann beispielsweise berücksichtigt werden, dass Licht, das auf die Grenzfläche zwischen der Nitridhalbleiterschicht und dem Substrat 100 von der Nitridhalbleiterschicht-Seite auftrifft und nach oben reflektiert wird, vom Grund der Kerbe 106 einfacher ausgegeben werden kann.
Die Form des Grunds der Kerbe kann entweder eine flache Ebene, eine nach unten gerichtete konkave Ebene oder eine nach oben gerichtete konvexe Ebene sein und ist vorzugsweise die konvexe Ebene. Falls die konvexe Ebene verwendet wird, weist beispielsweise Licht, das auf die Grenzfläche zwischen der Nitridhalbleiterschicht und dem Substrat 100 von der Nitridhalbleiterschicht-Seite aus auftrifft und reflektiert wird, einen Einfallswinkel zum Kerbgrund auf, der kleiner ist als derjenige, wenn der Kerbgrund eine flache Ebene ist. Daher kann man eine Verbesserung des optischen Ausgabewirkungsgrad erwarten.
Als Nächstes wird, unter Bezug auf 9A, eine Beschreibung einer Leuchtvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform gegeben. 9A ist eine schematische Querschnittsansicht der Leuchtvorrichtung der zweiten Ausführungsform. Die Form des Gitterteils der p-seitigen Elektrode ist unterschiedlich von derjenigen der ersten Ausführungsform, und die Ausgestaltung der Kerben ist entsprechend unterschiedlich. Die anderen Strukturen sind zu denen der ersten Ausführungsform ähnlich.
Die p-seitige Elektrode 205 besteht aus einem Gitterteil 205a und einem Kontaktflächenteil 205b. Der Gitterteil 205a besteht aus einer Vielzahl quadratischer Umfangsteile (jeder Teil wird ein quadratisches Teil genannt), die in einer Matrixform angeordnet sind, und aus linearen Teilen (jeder Teil wird ein Kopplungsteil genannt), die benachbarte quadratische Teile in einer Zeilen- oder Spalten-Richtung der Matrix koppeln. Jede Seite des quadratischen Teils ist parallel zur Zeilen- oder Spalten-Richtung. Das Kopplungsteil koppelt die Mitten eines Paars gegenüber liegender Seiten benachbarter quadratischer Teile.
Nun werden vier quadratische Teile betrachtet, die an vier Scheitelpunkten jedes Gitters der Matrix angeordnet sind. Diese vier quadratischen Teile werden durch Kopplungsteile gekoppelt, um einen gekreuzten Abschnitt (ein Dodekagon) zu definieren, das von den vier Quadratteilen und den Kopplungsteilen umgeben ist.
Eine einzelne Kerbe 206 wird in jedem quadratischen Teil gebildet, und eine einzelne Kerbe 206 wird in jedem gekreuzten Abschnitt gebildet. Die Kerbe 206 in jedem quadratischen Teil ist an einer Erweiterungslinie jedes Kopplungsteils angeordnet, das mit jedem quadratischen Teil verbunden ist.
Eine Linienbreite des quadratischen Teils beträgt beispielsweise 3 μm. Eine Länge der Seite des quadratischen Teils (ein Abstand zwischen den Mitten eines Paars gegenüber liegender Seiten des quadratischen Teils) beträgt beispielsweise 15 μm. Ein Layout-Abstand zwischen quadratischen Teilen (ein Abstand zwischen den Zentren benachbarter quadratischer Teile) beträgt beispielsweise 26,6 μm. Eine Linienbreite des Kopplungsteils beträgt beispielsweise 3 μm.
Das Herstellungsverfahren für die Leuchtvorrichtung der zweiten Ausführungsform ist ähnlich zu demjenigen für die Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform. Jedoch sind die Öffnungsmuster einer Abdecklackmaske zum Bilden der Kerben 206 und das Öffnungsmuster einer Abdecklackmaske zum Bilden des Gitterteils 205a die Muster, die der zweiten Ausführungsform entsprechen.
Als Nächstes wird eine Beschreibung bezüglich der Experimente zum Messen einer optischen Ausgabe der Leuchtvorrichtung der zweiten Ausführungsform gegeben. Es wird ein Verfahren verwendet, welches ähnlich dem Verfahren ist, das für die Experimente zum Ausmessen der optischen Ausgabe der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform verwendet worden ist. Ähnlich zur ersten Ausführungsform wurde die optische Ausgabe mit der des Vergleichsbeispiels verglichen. Eine optische Emissionswellenlänge der Leuchtvorrichtung der zweiten Ausführungsform betrug 481 nm, und die optische Ausgabe betrug 145 % derjenigen der Leuchtvorrichtung des Vergleichsbeispiels.
Als Nächstes werden, unter Bezug auf 9B Untersuchungen über den Betrieb und die Effekte des Gitterteils 205a der Leuchtvorrichtung der zweiten Ausführungsform durchgeführt.
Es wird Licht betrachtet, das vom Bereich der optischen Emissionsschicht 103 ausgesandt wird, die unter dem Kopplungsteil des Gitterteils 205a angeordnet ist. Es wird angenommen, dass dieser Bereich in Unterbereiche entlang der Längsrichtung des Kopplungsteils unterteilt ist. Licht, das von jedem Unterbereich entlang der Längsrichtung des Kopplungsteils ausgestrahlt wird, wird akkumuliert. Es kann daher angenommen werden, dass Licht, das entlang der Längsrichtung des Kopplungsteils ausgestrahlt wird, stärker wird als das Licht, das entlang anderer Richtungen ausgestrahlt wird. Licht, das vom Bereich ausgestrahlt wird, welcher unterhalb des linearen Teils der p-seitigen Elektrode entlang der Längsrichtung des linearen Teils angeordnet ist, wird ein sich parallel zur Elektrode ausbreitendes Licht genannt.
Die Kerbe 206, die im quadratischen Teil angeordnet ist, welcher die Kopplungsteile verbindet, befindet sich auf Erweiterungslinien der Kopplungsteile. Es kann daher angenommen werden, dass sich das parallel zur Elektrode ausbreitende Licht, das den Kopplungsteilen entspricht, einfach von der Seitenwand der Kerbe 206 ausgegeben wird.
Der Kopplungsteil definiert die Seite, die von zwei benachbarten gekreuzten Abschnitten geteilt wird. Das sich parallel zur Elektrode ausbreitende Licht, das dem Kopplungsteil entspricht, kann von der Kerbe 206 in dem Abschnitt ausgegeben werden, der von dem quadratischen Teil umgeben ist, und zwar benachbart zu beiden der benachbarten gekreuzten Abschnitte.
Der Verdrahtungsabstand W des quadratischen Teils ist ähnlich zur p-seitigen Elektrode der Vierecksmatrixform der ersten Ausführungsform (siehe 4) definiert. Im Bereich des gekreuzten Abschnitts wird ein Abstand zwischen den Scheitelpunkten von zwei quadratischen Teilen, die auf der diagonalen Linie zwischen vier quadratischen Teilen angeordnet ist, welche den gekreuzten Abschnittsbereich umgeben, als der Verdrahtungsabstand W verwendet.
Die Öffnung der Kerben kann verschiedene Formen außer einem Kreis annehmen. Beispielsweise kann, wie in 9C gezeigt, die Öffnungsform der Kerbe annähernd rechtwinklig sein. Betrachte die Kerbe, die ungefähr die rechtwinklige Öffnungsform aufweist und im gekreuzten Abschnittsbereich angeordnet ist. Die Kerbe muss so angeordnet sein, dass sie nicht den quadratischen Teilen überlagert ist, welche den gekreuzten Abschnittsbereich umgeben.
Falls die Seite der Kerböffnung parallel zur Zeilen- oder Spaltenrichtung liegt, entlang welcher die quadratischen Teile angeordnet sind, ist es notwendig, die Öffnung in einer gekreuzten Fläche des gekreuzten Abschnitts anzuordnen. In diesem Fall wird die Ecke der Öffnung der Kerbe wahrscheinlich mit dem quadratischen Teil interferieren, und es ist schwierig, die Öffnung der Kerbe zu erweitern. Die Kerböffnung kann einfach verbreitert werden, falls die Seite der Kerböffnung schräg angeordnet ist (z.B. bei einem Winkel von 45°) relativ zur Zeilen- oder Spaltenrichtung entlang der die quadratischen Teile angeordnet sind.
Als Nächstes wird, unter Bezug auf 10A, eine Modifikation der zweiten Ausführungsform beschrieben. 10A ist eine schematische Draufsicht auf die Leuchtvorrichtung dieser Modifikation. In dieser Modifikation entspricht die Form des Gitterteils 205aA der p-seitigen Elektrode 205A einem hexagonalen Gitter, und eine Kerbe 206A ist in jedem Gitter angeordnet.
Wie in 10B gezeigt, ist die Kerbe 206A in einem hexagonalen Gitter LAT an Erweiterungslinien der Seiten von sechs hexagonalen Gittern angeordnet, die benachbart zum hexagonalen Gitter LAT liegen. Es kann daher angenommen werden, dass sich das parallel zur Elektrode ausbreitende Licht, das den Seiten entspricht, die mit den Scheitelpunkten des hexagonalen Gitters LAT verbunden sind, einfach von der Seitenwand der Kerbe 206A im hexagonalen Gitter LAT ausgegeben werden kann.
Das sich parallel zur Elektrode ausbreitende Licht, das der Seite entspricht, die von zwei benachbarten hexagonalen Abschnitten geteilt wird, kann von der Kerbe 206A im hexagonalen Abschnitt benachbart zu beiden der zwei hexagonalen Abschnitte ausgegeben werden.
Als Nächstes wird, unter Bezug auf die 11A bis 11C eine Leuchtvorrichtung der dritten Ausführungsform beschrieben. 11A ist eine schematische Draufsicht auf die Leuchtvorrichtung der dritten Ausführungsform, und 11B und 11C sind schematische Querschnittsansichten von entlang in 11A gezeigten Linien A-A' und B-B'.
Die Leuchtvorrichtung dieser Ausführungsform verwendet einen Nitridhalbleiterwafer, der unterschiedlich von demjenigen ist, der von der Leuchtvorrichtung der ersten und zweiten Ausführungsformen und dem Vergleichsbeispiel verwendet wird. Dieser Nitridhalbleiterwafer weist eine Hochwiderstands-Nitridhalbleiterschicht 312 zwischen einer Pufferschicht 101 und einer Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 auf. Die Hochwiderstands-Nitridhalbleiterschicht 312 weist einen Widerstand auf, der höher ist als derjenige der Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 und der sich nicht in ohmschem Kontakt mit der n-seitigen Elektrode befindet. Die Hochwiderstands-Nitridhalbleiterschicht 312 wird mittels eines Schichtbildungsverfahrens ähnlich zu demjenigen ausgebildet, das zum Ausbilden der Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 und dergleichen verwendet wird.
Ein Bereich 313 (n-seitiger Kontaktflächen-Aufbaubereich 313) einer Konturnut 311, wo ein Kontaktflächenteil 307b der n-seitigen Elektrode 307 angeordnet ist, wird bis zu einer Tiefe geätzt, bei der die Hochwiderstands-Nitridhalbleiterschicht 312 freiliegt. Der n-seitige Kontaktflächenteil 307b wird auf der Hochwiderstands-Nitridhalbleiterschicht 312 ausgebildet.
Ähnlich zu den Leuchtvorrichtungen der ersten und zweiten Ausführungsformen wird ein optischer Emissionsbereich 350 mit einer Form, bei der eine Ecke eines Quadrats ausgespart ist, auf der Oberfläche einer Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 definiert. Wie in 11A gezeigt, überlappt der ausgesparte Bereich des optischen Emissionsbereichs 350 den n-seitigen Kontaktflächen-Aufbaubereich 313. Der n-seitige Kontaktflächenteil 307b ist im ausgesparten Bereich des optischen Emissionsbereichs 350 angeordnet.
Ein linearer Teil 307a der n-seitigen Elektrode 307 wird an der Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 gebildet. Ein Teil des linearen Teils 307a, wo der Kontaktflächenteil 307b verbunden ist, wird an der Hochwiderstands-Nitridhalbleiterschicht 312 gebildet. Die anderen Strukturen sind ähnlich zu denjenigen der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform.
Als Nächstes wird die Beschreibung des Herstellungsverfahrens für die Leuchtvorrichtung der dritten Ausführungsform gegeben. Die Konturnut 311 wird ähnlich zum Herstellungsverfahren der ersten Ausführungsform, das unter Bezug auf 2A beschrieben worden ist, gebildet. In dieser Phase jedoch weist der n-seitige Kontaktflächen-Aufbaubereich 313 auch die gleiche Tiefe wie diejenige des anderen Bereichs der Konturnut 311 auf (die Tiefe, welche die Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 am Boden freilegt). Als Nächstes werden Kerben 306 durch das Verfahren ähnlich zu demjenigen gebildet, das unter Bezug auf 2B beschrieben worden ist.
Als Nächstes wird, wie in 13A gezeigt, eine Abdecklackmaske R313 durch Fotolithographie gebildet, und zwar mit einer Öffnung, die dem n-seitigen Kontaktflächen-Aufbaubereich 313 entspricht. Als Nächstes wird die Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 in der Öffnung der Abdecklackmaske R313 durch Trockenätzen entfernt, um die Hochwiderstands-Nitridhalbleiterschicht 312 freizulegen. Als Nächstes wird die Abdecklackmaske R313 gewaschen und entfernt.
Als Nächstes wird ein Gitterteil 305a der p-seitigen Elektrode 305 durch ein Verfahren gebildet, das ähnlich dem unter Bezug auf 2C beschriebenen ist.
Als Nächstes wird, mittels eines Verfahrens, das ähnlich zu dem unter Bezug auf 3A beschriebenen ist, Elektrodenmaterial gasphasenabgeschieden, und der Linearteil 307a und der n-seitige Kontaktflächenteil 307b der n-seitigen Elektrode 307 werden gebildet. Der n-seitige Kontaktflächenteil 307b wird daher auf der Hochwiderstands-Nitridhalbleiterschicht 312 gebildet, und der lineare Teil 307a wird daher auf der Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 gebildet.
Danach werden ein p-seitiger Kontaktflächenteil 305b und eine Schutzschicht 310 mittels eines Verfahrens gebildet, das ähnlich zu dem unter Bezug auf die 3B und 3C beschriebenen ist.
Als Nächstes wird eine Beschreibung der Experimente zum Ausmessen einer optischen Ausgabe der Leuchtvorrichtung der dritten Ausführungsform gegeben. Es wird ein Verfahren verwendet, das ähnlich dem Verfahren ist, das für die Experimente zum Ausmessen der optischen Ausgabe der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform verwendet worden ist. Ähnlich zum ersten Ausführungsbeispiel wurde die optische Ausgabe mit derjenigen des Vergleichsbeispiels verglichen. Eine optische Emissionswellenlänge der Leuchtvorrichtung der dritten Ausführungsform betrug 479 nm, und die optische Ausgabe betrug 170 % derjenigen der Leuchtvorrichtung des Vergleichsbeispiels.
In der Leuchtvorrichtung der dritten Ausführungsform wird der n-seitige Kontaktflächenteil auf der Hochwiderstands-Nitridhalbleiterschicht gebildet. Es kann daher angenommen werden, dass ein Strom sich nicht mehr an einem Bereich nahe des n-seitigen Kontaktflächenteils konzentrieren wird als bei den Leuchtvorrichtungen der ersten und zweiten Ausführungsformen, wodurch ein Strom erhöht wird, der zwischen dem linearen Teil der n-seitigen Elektrode und der p-seitigen Elektrode fließt.
Als ein Ergebnis wird der Bereich, der zur optischen Emission beiträgt, in der Richtung innerhalb der Ebene der optischen Emissionsschicht mehr als in demjenigen Fall verbreitert, in welchem sich ein Strom auf den Bereich nahe des n-seitigen Kontaktflächenteils konzentriert. Da ferner ein Strom in der optischen Emissionsschicht entlang der Richtung innerhalb der Ebene gleichförmig gemacht wird und der optische Emissionszustand gleichförmig gemacht wird, kann eine Schwankung in der optischen Emission bzw. Abstrahlung verringert werden.
Es gibt eine Neigung, dass ein Bereich der optischen Emissionsschicht mit einer hohen Stromdichte abgebaut wird. In der Leuchtvorrichtung der dritten Ausführungsform kann der Strom in der optischen Emissionsschicht verteilt werden, so dass ein Abbau der Leuchtvorrichtung unterdrückt werden kann.
Als Nächstes wird, unter Bezug auf die 12A bis 12C, eine Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform beschrieben. 12A ist eine schematische Draufsicht auf die Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform, und die 12B und 12C sind schematische Querschnittsansichten entlang der in 12A gezeigten Linien A-A' und B-B'. Die Leuchtvorrichtung dieser Ausführungsform verwendet einen Nitridhalbleiterwafer ähnlich zu dem, der von der Leuchtvorrichtung der ersten und zweiten Ausführungsformen und des Vergleichsbeispiels verwendet wird.
In der Leuchtvorrichtung dieser Ausführungsform wird ein Bereich 413 (n-seitiger Kontaktflächen-Aufbaubereich 413) einer Konturnut 411, wo ein Kontaktflächenteil 407b der n-seitigen Elektrode 407 angeordnet ist, bis zu einer Tiefe geätzt, bei der das Substrat 100 freigelegt wird. Der n-seitige Kontaktflächenteil 407b wird daher auf dem Substrat 100 gebildet. Beispielsweise ist das Substrat 100 aus Saphir hergestellt und elektrisch isolierend. Ein linearer Teil 407a der n-seitigen Elektrode 407 wird auf einer Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 gebildet. Ein Bereich des linearen Teils 407a, wo ein Kontaktflächenteil 407b gekoppelt ist, wird auf dem Substrat 100 gebildet. Die anderen Strukturen sind ähnlich zu denen der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform.
Als Nächstes wird eine Beschreibung des Herstellungsverfahrens für die Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform gegeben. Durch Verwenden eines Ablaufs ähnlich zum Herstellungsverfahren der dritten Ausführungsform werden Komponenten bis zu Kerben 406 gebildet.
Als Nächstes wird, wie in 13B gezeigt, eine Abdecklackmaske R413 durch Fotolithografie gebildet, und zwar mit einer Öffnung, die dem n-seitigen Kontaktflächen-Aufbaubereich 413 entspricht. Als Nächstes werden die Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 und eine Pufferschicht 101 in der Öffnung der Abdecklackmaske R413 durch Trockenätzen entfernt, um das Substrat 100 freizulegen. Als Nächstes wird die Abdecklackmaske R413 gewaschen und entfernt.
Als Nächstes wird ein Gitterteil 405a der p-seitigen Elektrode 405 mittels eines Verfahrens gebildet, das ähnlich zu dem unter Bezug auf 2C beschriebenen ist. Als Nächstes wird, mittels eines Verfahrens, das ähnlich zu dem unter Bezug auf 3A beschriebenen ist, Elektrodenmaterial gasphasenabgeschieden, und der Linearteil 407a und der n-seitige Kontaktflächenteil 407b der n-seitigen Elektrode 407 werden gebildet. Der n-seitige Kontaktflächenteil 407b wird daher auf dem Substrat 100 gebildet, und der lineare Teil 407a wird daher auf der Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 gebildet.
Danach werden ein p-seitiger Kontaktflächenteil 405b und eine Schutzschicht 410 mittels eines Verfahrens gebildet, das ähnlich zu dem unter Bezug auf die 3B und 3C beschriebenen ist.
Als Nächstes wird eine Beschreibung der Experimente des Ausmessens einer optischen Ausgabe der Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform gege ben. Ein Verfahren wird verwendet, das ähnlich zum Verfahren ist, das für die Experimente des Messens der optischen Ausgabe der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform ist. Ähnlich zur ersten Ausführungsform wurde die optische Ausgabe mit derjenigen des Vergleichsbeispiels verglichen. Eine optische Ausgabewellenlänge der Leuchtvorrichtung der dritten Ausführungsform betrug 480 nm, und die optische Ausgabe betrug 240 % derjenigen der Leuchtvorrichtung des Vergleichsbeispiels.
Ähnlich zur Leuchtvorrichtung der dritten Ausführungsform kann in der Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform angenommen werden, dass es einen Anstieg im Strom gibt, der zwischen dem linearen Teil der n-seitigen Elektrode und der p-seitigen Elektrode fließt. Als ein Ergebnis wird der Bereich, der zur optischen Emission beiträgt, in der Richtung innerhalb der Ebene der optischen Emissionsschicht verbreitert, was eine optische Emissionsausgabe ansteigen lässt. Ähnlich zur dritten Ausführungsform ist es möglich, eine Schwankung in der optischen Emission zu verringern und einen Abbau der optischen Emissionsschicht zu unterdrücken. In der Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform ist es nicht notwendig, eine Hochwiderstands-Nitridhalbleiterschicht im Nitridhalbleiterwafer zu bilden.
Als Nächstes wird, unter Bezug auf die 14A bis 14C, eine Leuchtvorrichtung der fünften Ausführungsform beschrieben. 14A ist eine schematische Aufsicht auf die Leuchtvorrichtung der fünften Ausführungsform, und die 14B und 14C sind schematische Querschnittsansichten entlang der in der 14A gezeigten Linien A-A' und B-B'. Die Leuchtvorrichtung dieser Ausführungsform weist eine unterschiedliche Form eines optischen Emissionsbereichs und eine unterschiedliche Ausgestaltung der p- und n-seitigen Kontaktflächenteile im Vergleich zu denen der vierten Ausführungsform auf.
In der Leuchtvorrichtung der fünften Ausführungsform wird ein optischer Emissionsbereich 550 mit einer Form einer Aussparung einer zentralen Fläche einer Seite eines Vierecks auf der Oberfläche einer Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104 gebildet. Ein n-seitiger Kontaktflächenteil 507b ist in der ausge sparten Fläche des optischen Emissionsbereichs 550 angeordnet. Ähnlich zur vierten Ausführungsform wird ein Bereich 513 (n-seitiger Kontaktflächen-Aufbaubereich 513), wo der n-seitige Kontaktflächenteil 507b angeordnet ist, bis zu einer Tiefe geätzt, bei der das Substrat 100 freigelegt wird. Ein linearer Teil 507a der n-seitigen Elektrode 507 ist mit dem n-seitigen Kontaktflächenteil 507b verbunden und weist eine gestreckte Form entlang einer Richtung parallel zu einer Seite des optischen Emissionsbereichs 550 auf. Der n-seitige Kontaktflächenteil 507b wird auf dem Substrat 100 gebildet, und der lineare Teil 507a wird auf der Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ 102 gebildet.
Der p-seitige Kontaktflächenteil 505b ist an dem optischen Emissionsbereich 550 nahe der zentralen Fläche derjenigen Seite angeordnet, die der ausgesparten Seite zugewandt ist. Ein Gitterteil 505a der p-seitigen Elektrode 505 weist eine Form auf, die dem optischem Emissionsbereich 550 entspricht. Eine Kerbe 506 ist in jedem Gitter des Gitterteils 505a angeordnet.
Die Leuchtvorrichtung der fünften Ausführungsform wird mittels eines Verfahrens hergestellt, das ähnlich zum Herstellungsverfahren für die Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform ist. Jedoch weisen die Öffnungsmuster der Abdecklackmasken Formen auf, die der fünften Ausführungsform entsprechen, um die Konturnut 511 zu bilden zum Definieren des optischen Emissionsbereichs 550, der Kerben 506, des Gitterteils 505a und des p-seitigen Kontaktflächenteils 505b der p-seitigen Elektrode 505, dem n-seitigen Kontaktflächen-Ausgestaltungsteil 513 und dem Gitterteil 507a und dem n-seitigen Kontaktflächenteil 507b der n-seitigen Elektrode 507 entspricht.
Als Nächstes wird eine Beschreibung der Experimente zum Messen einer optischen Ausgabe der Leuchtvorrichtung der fünften Ausführungsform gegeben. Ein Verfahren wird verwendet, das ähnlich zu demjenigen Verfahren ist, das für die Experimente zum Ausmessen der optischen Ausgabe der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform verwendet worden ist. Ähnlich zur ersten Ausführungsform wurde die optische Ausgabe mit derjenigen des Vergleichsbeispiels verglichen. Eine optische Emissionswellenlänge der Leucht vorrichtung der fünften Ausführungsform betrug 482 nm, und die optische Ausgabe betrug 210 % derjenigen der Leuchtvorrichtung des Vergleichsbeispiels. Die Leuchtvorrichtung der fünften Ausführungsform weist eine optische Emissionsausgabe auf, die etwas niedriger als diejenige der Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform ist.
Ähnlich zur Leuchtvorrichtung der dritten und vierten Ausführungsformen kann bei der Leuchtvorrichtung der fünften Ausführungsform angenommen werden, dass eine Erhöhung im Strom stattfindet, der zwischen dem linearen Teil der n-seitigen Elektrode und der p-seitigen Elektrode fließt. Es kann daher angenommen werden, dass der Bereich, der zu der optischen Emission beiträgt, in der Richtung innerhalb der Ebene der optischen Emissionsschicht verbreitert wird, was eine optische Emissionsausgabe erhöht. Ähnlich zu den dritten und vierten Ausführungsformen ist es möglich, eine Schwankung in der optischen Emission zu verringern und einen Abbau bzw. eine Degradation der optischen Emissionsschicht zu unterdrücken.
Als Nächstes wird, unter Bezug auf die 15A und 15B, eine Leuchtvorrichtung der sechsten Ausführungsform beschrieben. 15A ist eine schematische Aufsicht auf die Leuchtvorrichtung der sechsten Ausführungsform, und 15B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer in 15A gezeigten Linie A-A'. Die Leuchtvorrichtung der sechsten Ausführungsform weist eine Struktur auf, bei der die Kerben 406 von der Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform entfernt sind. Beim Herstellungsverfahren der Leuchtvorrichtung der sechsten Ausführungsform wird der Ablauf des Bildens der Kerben 406 aus den Herstellungsabläufen für die Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform ausgelassen.
Als Nächstes wird eine Beschreibung der Experimente zum Ausmessen einer optischen Ausgabe der Leuchtvorrichtung der sechsten Ausführungsform gegeben. Ein Verfahren wird verwendet, das ähnlich dem Verfahren ist, das für die Experimente zum Ausmessen der optischen Ausgabe der Leuchtvorrichtung der ersten Ausführungsform ist. Ähnlich zur ersten Ausführungsform wurde die optische Ausgabe mit derjenigen des Vergleichsbeispiels verglichen. Eine optische Emissionswellenlänge der Leuchtvorrichtung der sechsten Ausführungsform betrug 480 nm, und die optische Ausgabe betrug 120 % derjenigen der Leuchtvorrichtung des Vergleichsbeispiels.
Ähnlich zur Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform kann bei der Leuchtvorrichtung der sechsten Ausführungsform angenommen werden, dass eine Erhöhung im Strom stattfindet, der zwischen dem linearen Teil der n-seitigen Elektrode und der p-seitigen Elektrode fließt. Es kann daher angenommen werden, dass der Bereich, der zur optischen Emission beiträgt, in der Richtung innerhalb der Ebene der optischen Emissionsschicht verbreitert wird, was eine optische Emissionsausgabe erhöht. Es ist auch möglich, eine Schwankung in der optischen Emission zu verringern und einen Abbau der optischen Emissionsschicht zu unterdrücken.
17A ist eine Fotografie, die einen optischen Emissionszustand der Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform zeigt, und eine untere Fotografie von 17A zeigt eine vergrößerte Ansicht des in der oberen Fotografie von 17A gezeigten optischen Emissionszustands im Bereich nahe den Kerben. 17B ist eine Fotografie, die einen optischen Emissionszustand der Leuchtvorrichtung der sechsten Ausführungsform zeigt. Die Leuchtvorrichtung der sechsten Ausführungsform weist die Struktur auf, bei der die Kerben von der Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform entfernt worden sind. Eine Leuchtkraft in der oberen Oberfläche der Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform ist stärker als diejenige der Leuchtvorrichtung der sechsten Ausführungsform. Wie aus der vergrößerten Fotografie ersichtlich, die in der unteren Fläche der 17A gezeigt ist, wird Licht von den Seitenwänden der Kerben nach oben ausgegeben.
Als Nächstes wird, unter Bezug auf 18, eine Beschreibung der Experimente zum Beurteilen der Effekte der Schutzschicht gegeben. Eine zeitweilige Änderung in einer optischen Emissionsausgabe wurde für die Leuchtvorrich tung der vierten Ausführungsform und der Leuchtvorrichtung der vierten Ausführungsform mit der Schutzschicht entfernt ausgewertet.
Die Abszisse des in 18 gezeigten Graphen stellt eine Zeit dar, und die Ordinate stellt eine optische Emissionsausgabe dar. Eine Kurve C1 gibt die Effekte mit der Schutzschicht an, und eine Kurve C2 gibt die Effekte ohne die Schutzschicht an. Eine optische Emissionsausgabe ohne die Schutzschicht verringerte sich innerhalb von 400 Stunden um ca. 70 % ausgehend von der anfänglichen optischen Emissionsausgabe, und diejenige mit der Schutzschicht wurde auf ca. 95 % der anfänglichen optischen Emissionsausgabe sogar nach 1000 vergangenen Stunden aufrecht erhalten. Wie oben, unterdrückt die Schutzschicht einen zeitabhängigen Aufbau einer optischen Emissionsausgabe.
Licht kann effektiv ausgegeben werden durch Verengen der Endflächen der Leuchtvorrichtung, welche die Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ, die optische Emissionsschicht 103 und die Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ von der unteren Seite zur oberen Seite freilegen, und zwar durch Neigen der Leuchtvorrichtung von 3° bis 13° relativ zur Normalen der oberen Oberfläche der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ 104.
In den oben beschrieben Ausführungsformen kann, obwohl die Form jedes Abschnitts, der durch den Gitterteil der p-seitigen Elektrode umgeben ist, ein Polygon, wie beispielsweise ein Viereck, ist, jeder Abschnitt eine Form aufweisen, die sich von einem Polygon unterscheidet. Es ist ausreichend, dass der Gitterteil eine netzartige bzw. vermaschte Form aufweist, welche die Oberfläche der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt. Eine Kerbe wird in jedem Abschnitt gebildet, der durch den Gitterteil dergestalt definiert wird, dass die obere Kante der Öffnung vom Gitterteil beabstandet ist. Eine Vielzahl von Kerben mag in jedem Abschnitt angeordnet sein.
In den oben beschriebenen ersten bis vierten und der sechsten Ausführungsformen ist die Form des optischen Emissionsbereichs nicht auf das Viereck beschränkt, obwohl die Form des optischen Emissionsbereichs, wie sie in Aufsicht gesehen wird, ein Viereck mit einer ausgesparten Ecke ist, sondern mag ein Vierseiter einschließlich eines Rechtecks und eines Parallelogramms sein.
Die vorliegende Erfindung ist im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden. Die Erfindung ist nicht nur auf die obigen Ausführungsformen beschränkt. Es wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene andere Modifikationen, Verbesserungen, Kombinationen und dergleichen durchgeführt werden können.

Claims

Leuchtvorrichtung, aufweisend: eine untere Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine optische Emissionsschicht, die auf der unteren Halbleiterschicht gebildet wird; eine obere Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, wobei die obere Halbleiterschicht auf der optischen Emissionsschicht gebildet wird; eine unterseitige Elektrode, die elektrisch mit der unteren Halbleiterschicht verbunden ist; und eine oberseitige Elektrode, die elektrisch mit der oberen Halbleiterschicht verbunden ist, wobei: die oberseitige Elektrode auf der oberen Halbleiterschicht ausgebildet ist und eine Oberfläche der oberen Halbleiterschicht eine netzartige Form aufweist, welche die Oberfläche in eine Vielzahl von Abschnitte unterteilt, von denen jeder von der oberseitigen Elektrode umgeben ist, und die Leuchtvorrichtung ferner mindestens eine Kerbe aufweist, die in mindestens einem der Abschnitte angeordnet ist, wobei die Kerbe einen Grund aufweist, der zumindest eine obere Oberfläche der unteren Halbleiterschicht erreicht und eine Öffnung aufweist, die eine obere Kante besitzt, welche von der oberseitigen Elektrode beabstandet ist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Grund der Kerbe zwischen der oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche der unteren Halbleiterschicht angeordnet ist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Kerbe eine Form aufweist, die sich von einer unteren Position in Richtung einer oberen Position verbreitert.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Seitenwand der Kerbe einen Neigungswinkel von 12° oder kleiner relativ zu einer Normalen der oberen Oberfläche der oberen Halbleiterschicht aufweist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Substrat, das niedriger als die untere Halbleiterschicht angeordnet ist, und wobei ein Abstand vom Grund der Kerbe zum Substrat 1 μm oder länger beträgt.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Grund der Kerbe eine nach oben konvexe Form aufweist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein kürzester Abstand von der oberen Kante der Öffnung der Kerbe zur oberseitigen Elektrode 2 μm oder länger beträgt.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Fläche der Öffnung der Kerbe, die in einem der Abschnitte gebildet ist, sich in einem Bereich von 7 % bis 50 % einer Fläche des einen Abschnitts liegt.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Linienbreite eines Teils der netzartigen Form der oberseitigen Elektrode 5 μm oder schmaler ist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Form jedes der Abschnitte ein Polygon ist, und bei der an einer Erweiterungslinie eines Teils, der eine Seite definiert, welche von benachbarten ersten und zweiten Abschnitten der oberseitigen Elektrode geteilt wird, die Kerbe entsprechend einem dritten Abschnitt angeordnet ist, der benachbart zu beiden der ersten und zweiten Abschnitte angeordnet ist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Material der oberseitigen Elektrode Platin, Palladium, Iridium und/oder Rhodium enthält.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die oberseitige Elektrode eine erste Metallschicht umfasst, die auf der oberen Halbleiterschicht gebildet ist, als auch eine zweite Metallschicht, die oberhalb der oberen Halbleiterschicht gebildet ist und die erste Metallschicht überdeckt, wobei eine Reflektivität an einer Grenzfläche zwischen der oberen Halbleiterschicht und der ersten Metallschicht höher ist als eine Reflektivität an einer Grenzfläche zwischen der oberen Halbleiterschicht und der zweiten Metallschicht, und zwar relativ zu einer Wellenlänge die von der optischen Emissionsschicht ausgestrahlt wird, und bei der die erste Metallschicht eine Schicht aus Ag oder eine Schicht eine Legierung, die Ag enthält, umfasst.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die zweite Metallschicht Platin, Palladium, Iridium und/oder Rhodium enthält.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Isolierschicht, die zumindest an einer Seitenwand der Kerbe gebildet ist und die untere Halbleiterschicht, die optische Emissionsschicht und die obere Halbleiterschicht abdeckt, wobei die Isolierschicht für Licht transparent ist, das von der optischen Emissionsschicht abgestrahlt wird.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Isolierschicht eine Dicke von 100 nm bis 500 nm aufweist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Isolierschicht Siliziumoxid, Titanoxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Hafniumoxid, Neodymoxid, Erbiumoxid und/oder Ceroxid enthält.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Isolierschicht so gebildet wird, dass sie zumindest einen Teil der oberseitigen Elektrode abdeckt, und eine oberste Schicht der oberseitigen Elektrode, die mit der Isolierschicht bedeckt ist, zumindest Titan, Nickel und/oder Aluminium enthält.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die untere Halbleiterschicht, die optische Emissionsschicht und die obere Halbleiterschicht aus einem Nitrid-Halbleiter hergestellt sind, und die untere Halbleiterschicht und die obere Halbleiterschicht Leitfähigkeiten vom n- bzw. p-Typ aufweisen.
Leuchtvorrichtung, aufweisend: einen ersten Bereich einschließlich einer Trägerschicht, einer unteren Halbleiterschicht, die auf der Trägerschicht gebildet wird und einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, als auch einen Widerstand, der niedriger ist als ein Widerstand der Trägerschicht, eine optische Emissionsschicht, die auf der unteren Halbleiterschicht gebildet ist, eine obere Halbleiterschicht, die auf der optischen Emissionsschicht gebildet ist und vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, und eine oberseitige Elektrode, die auf der oberen Halbleiterschicht gebildet ist; einen zweiten Bereich einschließlich der Trägerschicht, der unteren Halbleiterschicht, die oberhalb der Trägerschicht gebildet ist, und eines ersten Teils einer unterseitigen Elektrode, die an der unteren Halbleiterschicht gebildet ist; und einen dritten Bereich einschließlich der Trägerschicht und eines zweiten Teils der unterseitigen Elektrode, die auf der Trägerschicht gebildet ist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 19, bei der, in Aufsicht, der erste Bereich eine vierseitige Form mit einer ausgesparten Ecke aufweist, wobei die ausgesparte Ecke sich mit dem dritten Bereich überlappt, wobei der zweite Teil der unterseitigen Elektrode, die in dem dritten Bereich gebildet ist, als eine Kontaktfläche verwendet wird, und ein Teil der oberseitigen Elektrode, der als eine Kontaktfläche verwendet wird, an einer Ecke benachbart der ausgesparten Ecke des ersten Bereichs angeordnet ist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 19, bei der: eine Oberfläche der oberen Halbleiterschicht eine netzartige Form aufweist, welche die Oberfläche in eine Vielzahl von Abschnitte unterteilt, die jeweils von der oberseitigen Elektrode umgeben sind; und die Leuchtvorrichtung ferner eine Kerbe aufweist, welche in zumindest einer der Abschnitte angeordnet ist, wobei die Kerbe einen Grund aufweist, der zumindest eine obere Oberfläche der unteren Halbleiterschicht erreicht.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 11, ferner aufweisend eine Isolierschicht, die zumindest an einer Seitenwand der Kerbe gebildet ist und die untere Halbleiterschicht, die optische Emissionsschicht und die obere Halbleiterschicht abdeckt, wobei die Isolierschicht für Licht transparent ist, das von der optischen Emissionsschicht abgestrahlt wird.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 22, bei der die Isolierschicht eine Dicke von 100 nm bis 500 nm aufweist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 22, bei der die Isolierschicht Siliziumoxid, Titanoxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Hafniumoxid, Neodymoxid, Erbiumoxid und/oder Ceroxid enthält.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 24, bei der die Isolierschicht so gebildet wird, dass die unterseitige Elektrode abdeckt ausser für einen oberen Oberflächenteil der Kontaktfläche der unterseitigen Elektrode, und die oberseitige Elektrode ausser für einen oberen Oberflächenteil der Kontaktfläche der oberen Elektrode abdeckt, und dass eine oberste Schicht der oberseitigen Elektrode, die mit der Isolierschicht bedeckt ist, Titan, Nickel und/oder Aluminium enthält.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 19, bei der die untere Halbleiterschicht, die optische Emissionsschicht und die obere Halbleiterschicht aus einem Nitridhalbleiter hergestellt sind, und die untere Halbleiterschicht und die obere Halbleiterschicht Leitfähigkeiten vom n- bzw. p-Typ aufweisen.
Herstellungsverfahren für eine Leuchtvorrichtung, welche die folgenden Schritte aufweist: (a) Präparieren eines Wafers einschließlich einer unteren Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer optischen Emissionsschicht, die auf der unteren Halbleiterschicht ausgebildet ist, und einer oberen Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, welcher dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, wobei die obere Halbleiterschicht auf der optischen Emissionsschicht ausgebildet wird; (b) Ätzen zumindest der oberen Halbleiterschicht und der optischen Emissionsschicht, um Kerben in einer Oberflächenschicht der oberen Halbleiterschicht zu bilden; (c) nach Schritt (b), Bilden von oberseitigen Elektroden auf der oberen Halbleiterschicht, wobei die oberseitigen Elektroden jeweils eine Öffnung der Kerbe umgeben; und (e) nach Schritt (b), Bilden einer unterseitigen Elektrode, die elektrisch mit der unteren Halbleiterschicht verbunden ist.
Herstellungsverfahren für eine Leuchtvorrichtung nach Anspruch 27, bei dem bei Schritt (b) ein Trockenätzen verwendet wird, und das Herstellungsverfahren ferner umfasst: zwischen den Schritten (b) und (c) einen Schritt (e) des Entfernens durch Nassätzen einer Oberflächenschicht einer Seitenwand der bei Schritt (b) gebildeten Kerbe.
Herstellungsverfahren für eine Leuchtvorrichtung nach Anspruch 28, bei dem Schritt (e) Phosphorsäure, Schwefelsäure oder eine Mischflüssigkeit von Phosphorsäure und Schwefelsäure als Ätzmittel verwendet.
Herstellungsverfahren für eine Leuchtvorrichtung nach Anspruch 27, ferner aufweisend einen Schritt (f) des Bildens einer Isolierschicht zumindest an einer Seitenebene der Kerbe, wobei die Isolierschicht die untere Halbleiterschicht, die optische Emissionsschicht und die obere Halbleiterschicht abdeckt und für Licht transparent ist, das von der optischen Emissionsschicht ausgestrahlt wird.