JP2003031858A - 低屈折率の充填物を有する半導体ｌｅｄフリップチップ - Google Patents

低屈折率の充填物を有する半導体ｌｅｄフリップチップ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 メサ壁における光の損失を最小にするＬＥＤ
構造。 【解決手段】 本発明によると、III族窒化物フリップ
チップ発光デバイスのメサ壁に屈折率の差異が生じる。
屈折率の段差は、メサ壁に入射する光の多くをデバイス
にはね返し、該デバイスで有効に光を取出すことができ
る。いくつかの実施形態において、サブマウント上のは
んだ壁、或いは、発光デバイス及びサブマウントを被覆
する高い屈折率のゲルは、発光デバイスとサブマウント
の間に密封された隙間を生じる。この隙間は、低い屈折
率を有する材料で充填される。他の実施形態では、高い
屈折率の材料が発光デバイスの基板を覆い、低い屈折率
の材料がサブマウントと発光デバイス間の隙間に充填さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来の技術】半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）は、現
在利用可能な光源の中で最も効率的な光源である。可視
スペクトル領域で作動可能な高輝度ＬＥＤの製作におい
て現在関心がもたれている材料系は、III−Ｖ族半導
体、特に、III族窒化物材料とも呼ばれるガリウム、ア
ルミニウム、インジウム及び窒素の、２元、３元、及び
４元合金を含むものである。典型的には、III族窒化物
デバイスは、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、
分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）、或いは他のエピタキシ
アル技術により、サファイア、炭化ケイ素、又はIII族
窒化物の基板上にエピタキシアル成長される。これら基
板のいくつかは、絶縁性又は低導電性である。このよう
な基板上に半導体結晶を成長させて製作されるデバイス
は、デバイスの同じ側にエピタキシアル成長された半導
体に、正と負の両方の極性の電気コンタクトを有しなけ
ればならない。これとは対照的に、導電性基板上に成長
される半導体デバイスは、一方の電気コンタクトがエピ
タキシアル成長された材料の上に形成され、もう一方の
電気コンタクトが基板の上に形成されるように製作する
ことができる。しかしながら、導電性の基板上に製作さ
れるデバイスはまた、ＬＥＤチップからの光の取出しが
向上するように、チップの電流容量が向上するように、
又はＬＥＤダイのヒートシンク性が向上するようにする
ために、エピタキシアル材料がフリップチップ構造で成
長されたデバイスの同じ側に両方のコンタクトを有する
ように設計することができる。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】効率的なＬＥＤデバイ
スを製作するためには、半導体接合のｐ型及びｎ型側に
適切な極性の電気キャリアが注入され、それらが再結合
して光を生じるように、コンタクトを互いに電気的に分
離する必要がある。図１は、典型的なIII族窒化物ＬＥ
Ｄデバイスを示す。例えば、ｎ層１２と、活性領域１３
と、ｐ層１４を含む半導体層が、基板１１上にエピタキ
シアル成長される。ｐコンタクト１５とｎコンタクト１
７が、上述のようにデバイスの同じ側に形成される。ｐ
コンタクト１５とｎコンタクト１７の間の電気的隔離
は、デバイスの中で最上層からその下にあるｎ層まで延
びるメサ構造１８をエッチングし、ｐコンタクト１５と
ｎコンタクト１７を別個に形成することで達成される。
このＬＥＤは、典型的にははんだバンプによりＬＥＤが
マウントされるようになったサブマウントを含むサブマ
ウント組立体２２に取り付けられる。はんだバンプは、
サブマウントとＬＥＤとの間に隙間を与える。次いで、
結合されたＬＥＤ及びサブマウント組立体は、通常は、
高屈折率のゲル又はエポキシにより包み込まれる。
【０００３】高屈折率のゲル又はエポキシは、デバイス
の中で発生した光がサファイア基板を通して取り出され
ることから、サファイア基板の屈折率に可能な限り近似
するように選択される。屈折率の差によって、２つの材
料間の界面に光が入射する際に、どれだけの量の光が該
界面で反射されるか、及び、どれだけの量の光が該界面
を通り抜けるかが決まる。屈折率の差が大きくなるほ
ど、多くの光が反射する。従って、サファイア基板とデ
バイスを包む高屈折率のゲルとの間の屈折率の差が小さ
いことは、デバイスの中で発生してサファイア基板の射
出面に到達する光のほとんどが、デバイスから取り出さ
れることを保証するものとなる。
【０００４】活性領域１３内ではフォトンが効率良く生
じるが、一つには半導体層の高い屈折率のために、該フ
ォトンを半導体からＬＥＤパッケージ内へ及び外界へ取
り出すことは困難である。例えば、Ｗｉｎｄｉｓｃｈ他
著「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ」第７４巻第１６号（１９９９年）２２５６ページを
参照されたい。エピタキシアル半導体内で生じたフォト
ンは、半導体と基板１１の間の界面、半導体とサブマウ
ント組立体２２の高屈折率のゲルとの間に位置するメサ
壁１８の界面、或いは、半導体と金属コンタクトの間の
界面の、何れにも入射する。これら３つの界面の何れに
も入射するフォトンは、材料の屈折率の段差に直面す
る。このような屈折率の段差により、このような界面に
入射する光線２０は、透過部分２０ａと反射部分２０ｂ
とに分けられる。メサ壁１８から外に透過した光（すな
わち部分２０ａ）を、デバイスの外の有効な方向に向け
ることはできず、それゆえ、メサ壁１８での透過による
光の損失は、半導体ＬＥＤにおける光抽出効率の低さの
原因となる。
【０００５】高屈折率のゲルでデバイスを包み込むと、
コンタクト間の半導体領域とサブマウント組立体との間
に位置するメサ壁１８の界面において、屈折率の小さな
差が生じる。これにより、この領域に入射する光の多く
がサブマウント組立体の方向に透過して、著しい光学的
損失が生じる。上述のように、この領域においてサブマ
ウント組立体の方向に取り出された光をパッケージから
効率的に取り出すことはできず、それどころか、光はサ
ブマウントに入射しそこで吸収される。図１に示すよう
なデバイス上のコンタクト間におけるデバイス領域は、
全領域の１０パーセントと推定される。この領域は、メ
サ壁と、各コンタクトの縁部とメサ壁との間に位置する
基板に平行な半導体材料の小部分を含む。このような損
失を減少させる方法は、基板に平行なコンタクト間の領
域が減少するように、自己整合メタライゼーションを行
い、製造誤差を厳しくすることのようなウェーハ製作技
術の使用を含む。このようなウェーハ製作技術は、信頼
性向上の問題や、製作の困難さなどのような他の問題を
生じることがある。さらに、サファイア上に成長され高
屈折率のゲルに包み込まれたIII族窒化物ＬＥＤ構造の
３−Ｄ光線追跡モデリングにより、ＬＥＤチップからこ
の望ましくない方向に取り出された光の大部分は、エピ
タキシアル半導体を成長させた基板面に平行に延びるエ
ピタキシアル材料のいずれかの表面からではなくメサ壁
を通して失われることが示されるので、ウェーハ製作技
術は損失を著しく減少させるものとはならない。メサ壁
で取り出される光は、ＬＥＤ内で生じる光のおよそ１５
％であり、厳密な数字は、多くの因子の中でもとりわけ
メサ壁の高さと角度に左右される。
【０００６】従って、メサ壁における光の損失を最小に
するＬＥＤ構造が必要である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によると、III族
窒化物フリップチップ発光デバイスのメサ壁において、
屈折率の段差が形成される。屈折率の段差は、メサ壁に
入射する光の多くをデバイスにはね返し、そこで光を有
効に取り出すことができる。いくつかの実施形態におい
て、サブマウント上のはんだ壁、すなわち発光デバイス
とサブマウントを被覆する高屈折率のゲル又はエポキシ
は、発光デバイスとサブマウントの間に密封された隙間
を生じる。この隙間には、空気、別の低屈折率の気体、
低屈折率のフラックス、又は低屈折率のケイ素ゲル又は
エポキシ等のような低い屈折率を有する材料が充填され
る。他の実施形態では、高屈折率の材料が発光デバイス
の基板を覆い、低屈折率の材料がサブマウントと発光デ
バイスの間の隙間に充填される。高屈折率の材料は、ケ
イ素ゲル、エポキシ、又は、高屈折率の固体のブロック
であっても良く、低屈折率の材料は、異なるケイ素ゲ
ル、エポキシ、又は、空気等のような低屈折率の気体で
あっても良い。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明によると、ｐ−コンタクト
とｎ−コンタクトを隔てるメサ壁において、屈折率の大
きな段差が形成される。屈折率の段差は、メサ壁に、低
い屈折率を有する材料を配置することで生じる。ここで
用いられる「高い」屈折率とは、サファイアの屈折率と
一致する材料の屈折率よりも大きいか又はそれに等しい
屈折率を指す。サファイアは約１．７から１．８までの
屈折率を有し、１．５までの低い屈折率を有する材料
は、サファイアの屈折率と一致するとみなされる。これ
に対比して、「低い」屈折率とは、高い屈折率よりも小
さい、例えば約１．５より小さい屈折率を指す。
【０００９】屈折率の大きな段差は、メサ壁で反射する
光を最大にし、メサ壁を透過する光を最小にする。した
がって、メサ壁で反射する光を、基板を通して効果的に
取り出すことができる。メサ壁を透過するどのような光
も通常は失われる。メサ壁において屈折率の大きな段差
を生じさせることに加えて、光の透過が最小になるよう
にメサ壁の寸法と形状が選択される。
【００１０】図２に、本発明の第１の実施形態を示す。
ＬＥＤフリップチップ３２は、サブマウント３４上に、
エピタキシアル層が下になるように取り付けられる。ｎ
型層５１は基板５０上に付着される。次いで、ｎ型層５
１上に活性領域５２が形成され、活性領域上にｐ型層５
３が形成される。ｐ型層５３、活性領域５２、及びｎ型
層５１の一部は、ｎ型層５１の一部を露出するようにエ
ッチング除去される。このエッチングは、ｎ型層５１か
ら電気的に隔離されたｐ型層５３にｐ−コンタクト５５
を結合可能にするメサ壁５６を残す。ｎ−コンタクト５
４はｎ−層と結合する。
【００１１】図３は、図２に示すデバイスの平面図を示
す。ｎ−層５１は、ｐ−層５３を包囲する。ｐ−層５３
とｎ−層５１の両方は、反対の極性の層の一部の間に介
在する突起部を含む。図２に戻ると、ＬＥＤ３２は、ｐ
−コンタクト５５に結合するはんだバンプ３８と、ｎ−
コンタクト５４に結合するはんだ壁３６によって、サブ
マウントに結合される。図４は、サブマウント上のはん
だバンプ３８とはんだ壁３６の位置を示す。
【００１２】図４に示すサブマウントを図３に示すＬＥ
Ｄにはんだ付けする際に、厚いはんだバンプ３８及びは
んだ壁３６により、ＬＥＤとサブマウントとの間に隙間
４２が形成される。本発明の第１の実施形態において、
ＬＥＤをサブマウントに取り付ける際に、このＬＥＤと
サブマウントの間の隙間４２に、空気、窒素、希ガス、
フォーミングガス、水素、又は低い屈折率を有する他の
気体が閉じ込められる。フォーミングガスは、はんだ付
け雰囲気としてよく用いられる水素と窒素の混合ガスで
ある。ＬＥＤダイとサブマウントの間の熱伝達が向上す
るように、水素やヘリウム等のような高い熱伝導率を有
する気体を特定的に選択して、ＬＥＤチップのヒートシ
ンク性を向上させることができる。はんだ壁３６は、隙
間４２を包囲し、空気又は他の低屈折率の気体が漏れる
のを防ぐ。気体は隙間４２の空隙に充満するので、該気
体がメサ壁５６に接することになる。メサ壁５６を形成
する層、すなわちｎ−層５１、活性層５２、及びｐ−層
５３は全て、ＧａＮベースの材料であり、したがって、
約２．４の屈折率を有する。これに対比して、空気又は
低屈折率の気体は、約１の屈折率を有する。メサ壁５６
における屈折率の大きな段差によって、メサ壁５６に入
射する光のほとんどは、有効方向に取り出すことのでき
ない隙間４２に透過せず、ＬＥＤの基板３２に向かって
反射して戻され、有効方向に取り出すことができる。
【００１３】上述のように、ＬＥＤがサブマウントに取
り付けられ、隙間４２に空気又は低屈折率の気体が閉じ
込められた後に、デバイスを高屈折率の材料で包み込む
ことができる。はんだ壁３６は、この高屈折率のゲルの
何れかがメサ壁５６に接触するようになるのを防ぐ。
【００１４】メサ壁５６はまた、アルミナ、シリカ、或
いは窒化ケイ素等のような誘電体層で被覆することがで
きる。このような構造は、この誘電体被覆が空気又は他
の何れかの低屈折率の材料に接する限り、同様の結果を
もたらす。
【００１５】本発明の別の実施形態では、気体ではな
く、低屈折率のフラックス或いは低屈折率のゲル又はエ
ポキシが、隙間４２に閉じ込められる。フラックスは、
ＬＥＤをサブマウントにはんだ付けするプロセスに使用
される材料である。はんだバンプ３８及びはんだ壁３６
は、例えばＰｂとＳｎの合金とすることができる。空気
に曝される際に、はんだバンプ３８とはんだ壁３６の表
面に酸化物が生成する。はんだ上に生成した酸化物を分
解するために、フラックスが用いられる。この実施形態
において、一定量の低屈折率のフラックス、低屈折率の
ケイ素又は他のゲル、又は低屈折率のエポキシが、隙間
４２に閉じ込められ、はんだ壁３６により漏出が防がれ
る。はんだ壁３６はまた、デバイスを包み込む高屈折率
の材料が、隙間４２内の低屈折率の材料を汚染するのを
防ぐ。
【００１６】図５に、本発明の別の実施形態を示す。こ
の実施形態においては、デバイスの外側からメサ壁５６
を隔離するはんだ壁３６は無い。ｎ−コンタクトは、ｐ
−コンタクトをサブマウントに結合するはんだバンプと
同様のはんだバンプ３８によってサブマウントに結合さ
れる。この実施形態において、基板に隣接するエピタキ
シアル材料層の辺りまでの、サブマウントとＬＥＤの間
の間隙は、低屈折率のゲル又は低屈折率のエポキシ６０
で満たされる。低屈折率のゲル又はエポキシは、メサ壁
におけるサブマウントの方向への光の取り出しを抑制す
る。デバイスの残りの部分、すなわち基板は、基板から
の光の取出しを最大にする高屈折率のゲル又は高屈折率
のエポキシ６２の中に包み込まれる。高屈折率のゲル又
はエポキシ６２と、低屈折率のゲル又はエポキシ６０
は、この低屈折率のゲル又はエポキシと高屈折率のゲル
又はエポキシの間の界面で混ざらないように充分な粘性
を有するように選択される。或いは、高屈折率のゲル又
はエポキシを塗布する前に、低屈折率のゲル又はエポキ
シを粘稠又は固化状態まで硬化することで、２つの材料
間の界面で低屈折率の材料と高屈折率の材料が混ざる可
能性を低くすることができる。別の実施形態において、
デバイス全体は、単一の高屈折率のゲル又はエポキシで
包み込まれるが、ＬＥＤのエピタキシアル側は、高屈折
率のゲル又はエポキシと反応して、この下のデバイスの
エピタキシアル側に隣接する位置に低屈折率の材料を生
成する材料で被覆される。
【００１７】図６は、本発明の別の実施形態を示す。Ｌ
ＥＤ３２は、サブマウントに取り付けられた後に、固体
材料の高屈折率のブロック６４に付着される。高屈折率
のブロック６４は、ＬＥＤ３２の基板と屈折率が一致し
ており、これにより基板からの光取出し効率が最大にな
る。高屈折率のブロック６４は、通常サブマウント上に
マウントされたＬＥＤを包み込む高屈折率のゲルに代る
ものである。高屈折率のブロック６４は、組立体からの
光の取出しが更に向上するように形成することができ
る。高屈折率のブロック６４は、固体であることからメ
サ壁５６には接触しない。したがって、メサ壁５６が空
気に接するようにＬＥＤ３２をサブマウントにマウント
し、メサ壁５６で取り出される光を最小にすることがで
きる。ＬＥＤがサファイア基板上に形成される場合に
は、高屈折率のブロック６４は、例えば、アルミニウ
ム、タングステン、ハフニウム、イットリウム、及びセ
リウムの酸化物、セリウム、ランタン、及びネオジムの
フッ化物、高屈折率のガラス、又はジルコニアとするこ
とができる。ＬＥＤがＳｉＣの基板上に形成される場合
には、高い屈折率のブロック６４は、例えば、硫化亜
鉛、III族窒化物材料、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、及び、チタ
ン、ジルコニウム、マンガン、クロム、ニオブ、インジ
ウム、スズ、タンタル、及びアンチモンの酸化物とする
ことができる。ＬＥＤがIII族窒化物基板上に形成され
る場合には、高い屈折率のブロック６４は、例えば、硫
化亜鉛、III族窒化物材料、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、及び、
チタン、ジルコニウム、マンガン、クロム、ニオブ、イ
ンジウム、スズ、タンタル、及びアンチモンの酸化物と
することができる。
【００１８】図７は、デバイスを包み込むのに使用する
高屈折率のゲルが極めて粘稠な、本発明の別の実施形態
を示す。この実施形態では、高屈折率の材料７０は、Ｌ
ＥＤ３２とサブマウント３４の間の領域を満たすには粘
性が高過ぎる。粘稠な高屈折率の材料７０は、ＬＥＤ３
２とサブマウント３４の間に壁７４を形成し、この壁７
４が、該ＬＥＤ３２とサブマウント３４の間に空気その
他の低屈折率材料のポケット７２を形成する。この結
果、メサ壁５６は低屈折率の材料に接し、したがってメ
サ壁での光の取出しが最小になる。
【００１９】図８Ａから図８Ｃまでに、本発明のさらに
別の実施形態を示す。低屈折率の材料は、ドライフィル
ム技術によりメサ壁に塗布される。このようなドライフ
ィルムは、１．３程度の低い屈折率のものが入手でき
る。感光性のポリプロピレン又はポリエチレンは、適切
なポリマー・ドライフィルムを形成する。メサ壁上にポ
リマー・ドライフィルムの低屈折率の材料を有する発光
構造を形成するために、まず、サブマウント１００上に
感光性のポリマードライフィルム１０２が真空形成され
る。ＬＥＤをサブマウントに付着するのに使用されるは
んだバンプ１０８が、サブマウントに付着される。次い
で図８Ｂに示すように、感光性のポリマーフィルム１０
２は、はんだバンプを覆うフィルムを除去するようにパ
ターン形成される。感光性のポリマーフィルムは、例え
ば、フィルムの上にフォトマスクを塗布し、該フォトマ
スクを露光し、はんだバンプ１０８を覆うフィルムの部
分を現像液中で溶解することによって、パターン形成す
ることができる。フィルムはまた、レーザ・アブレーシ
ョンによりパターン形成することもできるし、標準フォ
トレジスト、溶剤、及び／又はエッチング液を用いてフ
ィルムをパターニングすることによりパターン形成する
こともできる。
【００２０】次いで図８Ｃに示すように、はんだバンプ
１０８と、残っているポリマードライフィルム１０２の
アイランド部の上に、ＬＥＤチップ１０６が設置され
る。次いで、ＬＥＤとサブマントは、ＬＥＤ１０６のは
んだ付けパッド１１０とはんだ１０８を融合するため
に、加熱される。この工程中に、ポリマードライフィル
ム１０２は、軟化し流動してＬＥＤ面に接触しメサ壁に
広がる。ポリマードライフィルム１０２はまた、サブマ
ウントウェーハ１００に広がり、ＬＥＤチップとサブマ
ウントウェーハを結合する不浸透性の層を形成し、はん
だ結合部の周りに流れる。
【００２１】フィルムはまた、はんだのマスクとして機
能するように選択されるので、はんだバンプ間におい
て、ポリマードライフィルムなしで得ることが可能な間
隔よりも近接した間隔を得ることができ、このマスクの
存在により、隣接するはんだバンプ間ではんだ同士がつ
ながる確率は低くなる。
【００２２】図２から図８Ｃまでで説明される構造は、
いくつかの利点を提供することができる。各々の構造
は、メサ壁において屈折率の大きな段差を生じ、これに
より、各々の構造は、デバイスにおける有効な光取出し
を向上させる。さらに、上述の構造は、製造が簡単で費
用がかからず、通常は付加的な半導体加工をほとんど又
は全く伴わない。
【００２３】メサ壁５６の寸法及び形状は、メサ壁に入
射する光線の反射が最大になるように選択することがで
きる。図９は、メサ壁をより詳細に示す。メサ壁の傾斜
μは、ＧａＮ基板の界面における反射光の入射角を決定
する。入射角はπである。この光線の取り出し率を最大
にするためには、πをできるだけ小さくする必要があ
り、ＧａＮ基板の界面での全内部反射に関する臨界角度
よりも小さくなければならない。
【００２４】図１０は、メサ壁が高屈折率の材料に接す
るデバイスと、メサ壁が空気に接する本発明に係るデバ
イスにおける、取出された光をメサ壁の角度の関数とし
て示す。図１０は、最適なメサ壁角度を有する構造を選
択することで、チップからの有効な光取出しの著しい増
大が達成できることを示す。メサ壁角度の最適値は、正
確なデバイス構造に左右される。三角形は、メサ壁が空
気に接するデバイスを示し、ひし形は、メサ壁が高屈折
率のエポキシに接するデバイスを示す。メサ壁が空気に
接するデバイスについては、チップから有効に光を取り
出すために３５から６５度までの間のメサ壁の角度が適
切であり、最も有効な光取出しを備えるデバイスは、４
５から５５度までの間のメサ壁の角度を有する。メサ壁
の角度は、メサを形成するドライエッチングの工程を制
御することにより調整される。或いは、適当な結晶のエ
ッチングによっても、特定の角度で選択的にメサ壁をエ
ッチングすることができる。
【００２５】メサ壁の適切な高さもまた、ＬＥＤチップ
の構造に左右される。図１１は、いくつかのデバイスに
関するメサ壁の高さの関数としての有効な出力光を示
す。ひし形は、メサ壁が空気に接するデバイスを示し、
小さな正方形は、メサ壁が１．５の屈折率を有する材料
に接するデバイスを示し、三角形は、メサ壁が１．５７
の屈折率を有する材料に接するデバイスを示し、大きな
正方形は、メサ壁が１．７６４の屈折率を有する材料に
接するデバイスを示す。低屈折率の材料に接する適切な
角度のメサ壁を備えたチップに関しては、高いメサを備
えたチップは、より多くの有効な光取出しを有する。こ
れは、メサ壁が高反射性である場合、メサ壁から反射さ
れる光は、減衰することなく直ちにデバイスを抜け出る
ためである。しかしながら、メサ壁が、正方形で示され
る高い屈折率を有する材料に接する場合には、メサ壁を
通じての光の取出しが増加するので、メサ壁の高さが増
加するに伴い有効な光取出しは低下する。メサの高さ
は、ｎ型ＧａＮ層のエッチングの深さを調整することに
よって制御される。信頼できる低い抵抗のｎ−コンタク
トを形成するためには、エッチング後にｎ型ＧａＮ層が
充分に残っていなければならない。
【００２６】本発明の特定の実施形態を示し説明してき
たが、その広い態様において本発明から逸脱することな
く変更及び修正を加えることができ、したがって、特許
請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲に属するこの
ような変更及び修正の全てを包含することが、当業者に
は明かであろう。例えば、本発明は、上述のＧａＮベー
スのデバイスに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】フリップチップ発光ダイオードを示す。
【図２】サブマウント上に取り付けられたＬＥＤを示
す。
【図３】ｐ−層とｎ−層の位置を示すＬＥＤの平面図で
ある。
【図４】はんだバンプとはんだ壁の位置を示すサブマウ
ントの平面図である。
【図５】サブマウント上に取り付けられ、低い屈折率の
材料に部分的に包み込まれ、高い屈折率の材料に部分的
に包み込まれたＬＥＤを示す。
【図６】高い屈折率のブロック内に取り付けられたＬＥ
Ｄを示す。
【図７】サブマウント上にマウントされ、高い屈折率の
粘稠な材料に包み込まれたＬＥＤを示す。
【図８Ａ】本発明の実施形態を示す。
【図８Ｂ】本発明の実施形態を示す。
【図８Ｃ】本発明の実施形態を示す。
【図９】メサ壁の例を示す。
【図１０】異なるデバイスに関するメサ壁の角度の関数
としての有効な出力光を示す。
【図１１】異なるデバイスに関するメサ壁の高さの関数
としての有効な出力光を示す。
【符号の説明】
１１ 基板 １２ ｎ−層 １３ 活性領域 １４ ｐ−層 １５ ｐ−コンタクト １７ ｎ−コンタクト １８ メサ ２０ 光線 ２２ サブマウント組立体 ３２ ＬＥＤフリップチップ ３４ サブマウント ３６ はんだ壁 ３８ はんだバンプ ４２ 隙間 ５１ ｎ型層 ５２ 活性領域 ５３ ｐ型層 ５４ ｎ−コンタクト ５５ ｐ−コンタクト ５６ メサ壁 ６０ ゲル又はエポキシ ６２ ゲル又は高い屈折率のエポキシ ６４ ブロック ７０ 材料 ７２ ポケット ７４ 壁 １００ サブマウント １０２ ポリマードライフィルム １０６ ＬＥＤチップ １０８ はんだバンプ １１０ はんだコンタクトパッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル ジョセフ ルドワイズ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95129 サン ホセ スリダ ドライヴ 6355 (72)発明者 ダニエル アレクサンダー スタイガーワ ルド アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95014 クーパーティノ ロックウッド ドライヴ 10430−ビー Ｆターム(参考） 5F041 AA04 CA13 CA40 CB11 CB24 DA04 DA09 DA19 DA44 DA62 DA74

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板と、 前記基板の上に重なるｎ型層と、 前記ｎ型層の上に重なる活性領域と、 前記活性領域の上に重なるｐ型層と、 前記ｎ型層に結合されたｎ−コンタクトと、 前記ｐ型層に結合されたｐ−コンタクトと、を含み、前
    記ｎ−コンタクト及び前記ｐ−コンタクトがデバイスの
    同じ側に形成され、前記ｎ−コンタクトがメサ壁によっ
    て前記ｐ−コンタクトから隔離されたIII族窒化物発光
    デバイスと、 前記発光デバイスに結合されたサブマウントと、 前記III族窒化物発光デバイスと前記サブマウントの間
    の隙間と、 前記隙間内の一定量の材料と、を含み、前記一定量の材
    料が、メサ壁に接し、低い屈折率を有することを特徴と
    する発光構造。
  2. 【請求項２】 前記III族窒化物発光デバイスと前記サ
    ブマウントの間の前記隙間が、前記サブマウントに付着
    された外側のはんだ壁によって密封され、前記サブマウ
    ントが前記外側のはんだ壁によって前記III族窒化物発
    光デバイスに結合されることを特徴とする請求項１に記
    載の発光構造。
  3. 【請求項３】 前記発光デバイス及び前記サブマウント
    の一部の上に付着されたゲルをさらに含み、前記III族
    窒化物発光デバイスと前記サブマウント間の前記隙間が
    前記ゲルによって密封されることを特徴とする請求項１
    に記載の発光構造。
  4. 【請求項４】 前記材料が、気体であることを特徴とす
    る請求項１に記載の発光構造。
  5. 【請求項５】 前記気体が、空気、窒素、水素、ヘリウ
    ム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンからな
    る群から選択されることを特徴とする請求項４に記載の
    発光構造。
  6. 【請求項６】 前記気体が、フォーミングガスであるこ
    とを特徴とする請求項４に記載の発光構造。
  7. 【請求項７】 前記材料が、ケイ素ゲルであることを特
    徴とする請求項１に記載の発光構造。
  8. 【請求項８】 前記材料が、フラックスであることを特
    徴とする請求項１に記載の発光構造。
  9. 【請求項９】 前記発光デバイスがさらに、前記メサ壁
    の上に形成される誘電体層を含むことを特徴とする請求
    項１に記載の発光構造。
  10. 【請求項１０】 前記材料が、エポキシであることを特
    徴とする請求項１に記載の発光構造。
  11. 【請求項１１】 前記材料が、約１から１．５の間の屈
    折率を有することを特徴とする請求項１に記載の発光構
    造。
  12. 【請求項１２】 前記材料が、有機ポリマーであること
    を特徴とする請求項１に記載の発光構造。
  13. 【請求項１３】 前記材料が、ポリマードライフィルム
    であることを特徴とする請求項１に記載の発光構造。
  14. 【請求項１４】 前記メサ壁が、前記基板に対して３５
    から６５度の間の角度を成すことを特徴とする請求項１
    に記載の発光構造。
  15. 【請求項１５】 前記メサ壁が、前記基板に対して約４
    ５から５５度の間の角度を成すことを特徴とする請求項
    １に記載の発光構造。
  16. 【請求項１６】 前記メサ壁が、約１から４μｍの間の
    高さを有することを特徴とする請求項１に記載の発光構
    造。
  17. 【請求項１７】 基板と、前記基板の上に重なるｎ型層
    と、前記ｎ型層の上に重なる活性領域と、前記活性領域
    の上に重なるｐ型層と、前記ｎ型層に結合されたｎ−コ
    ンタクトと、前記ｐ型層に結合されたｐ−コンタクトと
    を含み、前記ｎ−コンタクト及び前記ｐ−コンタクトが
    デバイスの同じ側に形成され、前記ｎ−コンタクトがメ
    サ壁によって前記ｐ−コンタクトから隔離されたIII族
    窒化物発光デバイスと、 前記III族窒化物発光デバイスとの間に隙間が存在する
    ように前記III族窒化物発光デバイスに結合されたサブ
    マウントと、 第１の屈折率を有し、前記III族窒化物発光デバイスの
    基板を覆う第１の一定量の材料と、 第２の屈折率を有し、前記サブマウントと前記発光デバ
    イス間の前記隙間に付着され、前記メサ壁に接する第２
    の一定量の材料と、 を含み、前記第１の屈折率が前記第２の屈折率より高い
    ことを特徴とする発光構造。
  18. 【請求項１８】 前記第１の一定量の材料が第１のケイ
    素ゲルであり、前記第２の一定量の材料が第２のケイ素
    ゲルであることを特徴とする請求項１７に記載の発光構
    造。
  19. 【請求項１９】 前記第１の一定量の材料が第１のエポ
    キシであり、前記第２の一定量の材料が第２のエポキシ
    であることを特徴とする請求項１７に記載の発光構造。
  20. 【請求項２０】 前記第１の一定量の材料がケイ素ゲル
    とエポキシのうちの一方であり、前記第２の一定量の材
    料がケイ素ゲルとエポキシのうちのもう一方であること
    を特徴とする請求項１７に記載の発光構造。
  21. 【請求項２１】 前記第１の一定量の材料が固体ブロッ
    ク材料であり、前記第２の一定量の材料が気体であるこ
    とを特徴とする請求項１７に記載の発光構造。
  22. 【請求項２２】 前記基板がサファイアであり、前記第
    １の一定量の材料が、アルミニウムの酸化物、タングス
    テンの酸化物、ハフニウムの酸化物、イットリウムの酸
    化物、セリウムの酸化物、セリウムのフッ化物、ランタ
    ンのフッ化物、ネオジムのフッ化物、高い屈折率のガラ
    ス、及びジルコニウムからなる群から選択されることを
    特徴とする請求項１７に記載の発光構造。
  23. 【請求項２３】 前記基板がＳｉＣであり、前記第１の
    一定量の材料が、硫化亜鉛、III族窒化物材料、Ｓｉ
    Ｃ、ＺｎＳｅ、チタンの酸化物、ジルコニウムの酸化
    物、マンガンの酸化物、クロムの酸化物、ニオブの酸化
    物、インジウムの酸化物、スズの酸化物、タンタルの酸
    化物、及びアンチモンの酸化物からなる群から選択され
    ることを特徴とする請求項１７に記載の発光構造。
  24. 【請求項２４】 前記基板がIII族窒化物材料であり、
    前記第１の一定量の材料が、硫化亜鉛、III族窒化物材
    料、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、チタンの酸化物、ジルコニウム
    の酸化物、マンガンの酸化物、クロムの酸化物、ニオブ
    の酸化物、インジウムの酸化物、スズの酸化物、タンタ
    ルの酸化物、及びアンチモンの酸化物からなる群から選
    択されることを特徴とする請求項１７に記載の発光構
    造。
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