JP2004521494A - 光抽出用の改良を含む発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
発光ダイオードは、第１及び第２の対向する面を有し、所定の波長範囲の光放射に対しては透明であり、断面では、第１の面から第２の面に向かって基板の中に延びる複数のペデスタルを形成するようにパターン化された基板を含む。第２の面上のダイオード領域は、電圧がダイオード領域に対して印加されると、所定の波長範囲の光を基板内に放射するように構成される。ダイオード領域上の基板の反対側の取付け支持体は、電圧がダイオード領域に対して印加されると、ダイオード領域から基板の中に放射される光が第１の面から放出されるように、ダイオード領域を支持するように構成される。基板の第１の面は、複数の三角形のペデスタルを基板の中に形成する複数の溝を中に含む。これらの溝は、テーパ付きの側壁及び／又は傾斜が付いた床面を含む。基板の第１の面は、バイアホールのアレイも中に含む。これらのバイアホールは、テーパ付きの側壁及び／又は床面を含む。
Description
【技術分野】
【０００１】
［仮出願の相互参照］
本出願は、２００１年２月１日に出願した「Light Emitting Diode With Optically Transparent Silicon Carbide Substrate」という題名の仮の米国特許出願第６０／２６５，７０７号と、２００１年７月２３日に出願した「Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor」という題名の仮の米国特許出願第６０／３０７，２３５号とに対する利点を請求する。これら両方の特許の開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、マイクロ電子デバイス及びその製造方法に関し、より詳細には、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」とよぶ）及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオードは、民生用及び工業用の用途に広く使用されている。当業者にはよく知られているように、発光ダイオードは、一般に、マイクロ電子基板上にダイオード領域を含む。このマイクロ電子基板は、例えば、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、その合金、炭化ケイ素、及び／又は、サファイアを含む。ＬＥＤにおける継続した開発の結果、可視スペクトル以上をカバーすることができる効率が高く機械的に強固な光源がもたらされてきている。これらの特質は、固体デバイスの耐用年数が潜在的に長いことに加えて、各種の新しい表示用途を可能にすると共に、かなり確立された白熱灯及び蛍光灯に競合する地位をＬＥＤにもたらした。
【０００４】
ＬＥＤの効率の１つの尺度は、ルーメン（lumen）当たりの費用である。このＬＥＤに対するルーメン当たりの費用は、ＬＥＤチップ当たりの製造費用と、ＬＥＤ材料の内部量子効率と、デバイスから生成された光を結合又は抽出する能力との関数である。光抽出問題の概要は、Stringfellowらの１９９７年にAcademic Pressから発行された「High Brightness Light Emitting Diodes」という題名の教本、特に、第２章ページ４７〜６３のCrafordによる「Overview of Device Issues in High-Brightness Light Emitting Diodes」という題名の中に見出すことができる。
【０００５】
光抽出は、例えば、ダイオード領域及び基板を製造するために使用される材料に基づいた多くの方法で実現されている。例えば、ヒ化ガリウム及びリン化ガリウムの材料システムでは、厚いｐ型の上側のウィンドウ層を光抽出用に使用できる。ヒ化ガリウム／リン化ガリウムの材料システムの中では、液相及び／又は気相エピタキシーを用いて高いエピタキシャル成長速度が可能であるため、このｐ型のウィンドウ層を成長させることができる。さらに、ｐ型の上側ウィンドウ層が導電性であるため、電流拡散を行うことができる。エッチング速度及びエッチング選択性が高い化学エッチングを用いて、光学的な吸収物質である場合、基板の少なくとも一部を取り除くことができる。分散されたブラッグ反射材も、放射領域及び吸収領域を分離するために、吸収物質とダイオード領域との間に成長される。
【０００６】
光を抽出する他の方式は、ダイオード領域及び／又は基板の機械的な成形加工又はテキスチャリング（texturing）を含む。しかしながら、抽出効率をさらに改良することができる他の光抽出技術を提供することが望ましい。さらに、ＬＥＤチップの面積を約０．１ｍｍ2からより大きな面積に増加して、これにより一層大きなＬＥＤを提供することが望ましい。残念なことに、チップの寸法がより高い電力／輝度、及び／又は、他の用途のために拡大されるため、これらの成形技術の有効性を維持することができない。
【０００７】
多くの開発の関心及び商業活動は、最近は、炭化ケイ素の中又は上に製造されるＬＥＤに絞られてきている。その理由は、これらのＬＥＤは、可視スペクトルの青／緑の部分における光を放射することができるからである。例えば、本願の譲受人に譲渡された「Blue Light-Emitting Diode With High External Quantum Efficiency」という題名の、Edmondらへの米国特許第５，４１６，３４２号公報を参照されたい。その開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。炭化ケイ素の基板上に窒化ガリウムベースのダイオード領域を含むＬＥＤにも、これらのデバイスが高い効率で光を放射するため、多くの関心が寄せられている。例えば、「Pendeoepitaxial Gallium Nitride Semiconductor Layers On Silicon Carbide Substrates」という題名のLinthicumらへの米国特許第６，１７７，６８８号を参照されたい。この特許の開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【０００８】
そのような炭化ケイ素のＬＥＤ又は炭化ケイ素上の窒化ガリウムのＬＥＤでは、光を抽出するために従来の技術を使用することは困難である。例えば、厚いｐ型のウィンドウ層を使用することは、窒化ガリウムの成長速度が比較的に遅いために難しい。また、そのようなＬＥＤは、ブラッグ反射材及び／又は基板除去技術を使用できる利点があるが、基板と窒化ガリウムのダイオード領域との間に反射材を製造すること、及び／又は、炭化ケイ素の基板の少なくとも一部をエッチングで取り除くことは困難である。
【０００９】
本願の譲受人に譲渡された、Edmondへの「Method of Production of Light Emitting Diodes」という題名の米国特許第４，９６６，８６２号公報は、半導体材料の単一基板上に複数の発光ダイオードを設ける方法を説明している。その開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。この方法は、基板が同じ半導体材料のエピタキシャル層を含む構造体に使用され、この半導体材料は、今度は、間にｐ−ｎ接合を形成するｐ型及びｎ型の材料の層を含む。エピタキシャル層及び基板は、個々のダイオードのプリカーサー（precursor）を形成し、各ダイオードのプリカーサー内に互いにｐ−ｎ接合を描写するメサをエピタキシャル層内に形成するほど十分に深く、所定のパターン内でエッチングされる。そして、基板はエピタキシャル層の側部及びメサの間から所定の深さまで溝が付けられて、基板の機械的な安定性を維持するために溝の下側の基板を十分に保持しながら、基板内のダイオードのプリカーサーの側部を形成する。オーム接点がエピタキシャル層及び基板に加えられて、絶縁材料の層がダイオードのプリカーサー上に形成される。この結果として生じた絶縁層は、オーム接点によってカバーされないエピタキシャル層の部分と、メサに隣接する基板の１つの表面部分と、基板の側部とをカバーする。この結果、各ダイオードの基板の接合部及び側部は、オーム接点を通る接触以外の電気的接触から絶縁される。ダイオードが切り離される場合には、導電性のエポキシが結果として生じたダイオードと短絡することを心配せずに、これらのダイオードを従来の方法でエポキシ内の接合側に取り付けることができる。これは、米国特許第４，９６６，８６２号の要約を参照されたい。
【００１０】
本発明の譲受人に譲渡された、Carter, Jr.への「High Efficiency Light Emitting Diodes From Bipolar Gallium Nitride」という題名の米国特許第５，２１０，０５１号公報は、ドナー濃度が７×１０17ｃｍ3以下の固有でほぼ未ドープの単結晶の窒化ガリウムを成長する方法を開示している。その開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。この方法は、成長面を含む反応チャンバの中に窒素のソースを取り入れる工程と、同時にガリウムのソースを同じ反応チャンバ内に取り入れる工程と、窒素原子及びガリウム原子を上に窒化ガリウムが成長する成長面に向ける工程とを含む。この方法は、成長面に当たって適当な格子サイト（lattice site）の中に到達及び移動するガリウム及び窒素の原子に対して十分な表面移動性を与えて、これにより良好な結晶性を実現し、有効なスティッキング係数（sticking coefficient）を実現し、成長面上に窒化ガリウムのエピタキシャル層を成長させるために十分高い温度であるが、反応チャンバ内の窒素種の分圧が他の周囲条件のもとで窒化ガリウム上のこれらの窒素種の平衡蒸気圧に達し、これにより、結果として生ずるエピタキシャル層内の窒化ガリウム及び窒素の空位からの窒素の損失を最小にするためには十分に低い温度で成長面を同時に維持する工程をさらに含む。このことは、米国特許第５，２１０，０５１号公報の要約を参照されたい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の説明を考慮すると、改良された光抽出技術はＬＥＤに対して、特に、炭化ケイ素から製造された、炭化ケイ素上の窒化ガリウムから製造された、及び／又は、比較的に大きな面積を有するＬＥＤに対して望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態による発光ダイオードは、第１及び第２の対向する面を有する基板を含む。この基板は、所定の波長範囲の光放射に対しては透明であり、断面では、第１の面から第２の面に向かって基板の中に延びる複数のペデスタル（pedestals）を形成するようにパターン化されている。本願で使用する「透明な（transparent）」という用語は、所定の波長範囲のいくつか又は全ての光放射が中を追加できる、すなわち不透明でない基板、層又は領域などの要素を指す。第２の面上のダイオード領域は、電圧がダイオード領域にわたって印加されると、所定の波長範囲の光を基板内に放射するように構成される。別の実施形態では、ダイオード領域上の基板の反対側の取付け支持体は、電圧がダイオード領域にわたって印加されると、ダイオード領域から基板の中に放射される光が第１の面から放出されるように、ダイオード領域を支持するように構成される。いくつかの実施形態では、ペデスタルを有する透明な基板上の発光ダイオードは、基板を通して光を放射するために、ダイオード領域を取付け支持体に隣接し基板を取付け支持体の反対側で、取付け支持体に反転取り付けされる。別の実施形態では、ペデスタルを有する透明な基板上の発光ダイオードは、基板が取付け支持体に隣接し、ダイオード領域が取付け支持体の反対側になるようにして、取付け支持体に取り付けられる。このように、非フリップチップ取付けも提供される。
【００１３】
本発明のさらに別の実施形態では、取付け支持体とダイオード領域又は基板との間に反射材が設けられる。この反射材は、ダイオード領域に対して電圧が印加されると、ダイオード領域から逆にダイオード領域を通り、基板を通過しペデスタルから放射される光を反射するように構成される。別の実施形態では、ダイオード領域と反射材との間に透明な電極も設けられる。さらに別の実施形態では、はんだのプリフォーム（preform）及び／又は他のボンディング領域が反射材と取付け支持体との間に設けられ、及び／又は、ウィンドウ又はレンズのような光学素子がダイオード領域の反対側の第１の面に隣接して設けられる。さらに別の実施形態では、ダイオード領域は、周辺部とこの周辺部によって囲まれた少なくとも１つの中央部とを含み、発光ダイオードは、この少なくとも１つの中央部の中に閉じ込められて、周辺部上には延びない少なくとも１つの電極をダイオード領域上にさらに含む。中央部はダイオード領域の中心に位置する必要がないことは理解されよう。
【００１４】
本発明の他の実施形態では、ＬＥＤの基板及び／又はダイオード領域用の接点構造体は、透明なオーム領域と反射材と障壁領域とボンディング領域とを含む。この透明なオーム領域は、電気的接触及び／又は電流波及（current spreading、または、電流拡がり）を提供する。反射材は少なくともいくらかの入射光を反射すると共に、電流波及を行う。障壁領域は反射材及び／又はオーム領域を保護する。ボンディング領域は、ＬＥＤのパッケージを取付け支持体に結合する。いくつかの実施形態では、透明なオーム領域と反射材との機能性を、１つのオーム・反射材領域の中に結合させることができる。本発明のこれらの実施形態による接点構造体は、従来の炭化ケイ素のＬＥＤ、炭化ケイ素のＬＥＤ上の窒化ガリウム、及び／又は、他のＬＥＤと共に使用することもできる。
【００１５】
本発明のさらに別の実施形態では、基板の第１の面は、三角形のペデスタル等の複数のペデスタルを基板の中に形成する少なくとも１つの溝を基板の第１の面内に含む。これらの溝は、テーパ付きの側壁及び／又は傾斜が付いた床面を含む。基板の第１及び第２の面は、正方形の周辺部を有し、及び／又は、基板の第１の面はテクスチャー加工される。発光ダイオードは、ダイオード領域上に複数の放射領域及び／又は電極をさらに含む。各放射領域及び／又は電極は、それぞれのペデスタルの中に閉じ込められて、このそれぞれのペデスタルを超えて延長することはない。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態では、基板の第１の面は、バイアホール（via hole）のアレイを基板の第１の面内に含む。これらのバイアホールは、テーパ付きの側壁及び／又は床面を含む。バイアホールは、基板を通る一部の通路のみに延びることが好ましいが、別の実施形態では、基板を通る全ての通路に延びることができる。第１及び第２の基板面は、正方形の周辺部を有し、及び／又は第１の面はテクスチャー加工される。この発光ダイオードは、バイアホールのアレイに重ならないダイオード領域上にさらに少なくとも１つの電極を含む。
【００１７】
ペデスタル及び／又はバイアホールのアレイを炭化ケイ素の基板又は炭化ケイ素でない基板を含む発光ダイオードと共に使用して、そこからの光抽出を改良することもできる。さらに、前述した電極は、炭化ケイ素でない基板を含む発光ダイオードと共に使用することもできる。例えば、基板の第１の面の表面積が第２の面よりも小さく、ダイオード領域が第２の面上にある場合には、放射領域は第１の面の小さい表面積内に限定されるダイオード領域上に設けられる。
【００１８】
本発明の別の実施形態では、第１及び第２の対向する面と、ダイオード領域に対して電圧が印加されると光を基板の中に放射するように構成された、第２の面上の窒化ガリウムベースのダイオード領域を有する補償された無色の炭化ケイ素の基板とを含む。取付け支持体、反射材、接点構造体、溝、ペデスタル、テクスチャー加工、及び／又は、限定された放射領域又は電極が、前述したいくつかの実施形態に基づいて設けられる。
【００１９】
このため、多くの前述した実施形態は、ダイオード領域が基板の中に放射した少なくとも一部の光を基板から抽出する手段の実施形態を含む。これらの抽出する手段の実施形態は、無色の炭化ケイ素基板を提供するために炭化ケイ素基板の中のドーパントを補正する工程、断面において第１の面から第２の面に向かって基板の中に延びる複数のペデスタルを定義するために基板をパターン化する工程、及び／又は、前述した他の多くの実施形態である、取付け支持体、反射材、接点構造体、溝、ペデスタル、テクスチャー加工、及び／又は限定された放射領域又は電極を含む。
【００２０】
発光ダイオードは、本発明のいくつかの実施形態に基づいて、第１及び第２の対向する面を有する基板の第２の面上で所定の波長範囲の光を放射するように構成され、この所定の波長範囲の光放射に対して透明なダイオード領域を形成することによって製造することができる。この基板は、ダイオード領域を形成する前、形成する間、及び／又は、形成した後にパターン化されて、断面では第１の面から第２の面に向かって基板の中に延びる複数のペデスタルを形成する。他の実施形態では、ダイオード領域を支持するように構成された取付け基板上にダイオード領域を実装して、電圧をダイオード領域に印加すると、ダイオード領域から基板の中に放射される光が第１の面から放射される。実装する工程は、ダイオード領域上に反射材を形成する工程の前に行われて、ダイオード領域に対して電圧が印加されると、ダイオード領域から基板を通ってダイオード領域に戻り第１の面から放射される光を反射するように反射材が構成される。反射材を形成する前に、透明なオーム接点も基板の反対側のダイオード領域上に形成される。反射材を形成した後に、障壁領域及び／又は接着領域も形成される。別の実施形態では、取付け支持体が、障壁領域及び／又は接着領域の間の反射材に隣接して配置され、ＬＥＤが取付け支持体に結合される。さらに別の実施形態では、電極がダイオード領域上に形成される。この電極は、ダイオード領域の中央部の中に限定され、その周辺部には延びない。
【００２１】
他の方法の実施形態は、基板の第１の面内に複数の交差する溝を形成する工程を含み、三角形のペデスタルなどの複数のペデスタルを基板の中に形成する。これらの溝は、テーパ付きの側壁及び／又は傾斜が付いた床面を含む。基板の第１の面をテクスチャー加工しても良い。複数の電極もダイオード領域上に形成される。いくつかの実施形態では、それぞれの電極は、それぞれのペデスタルの中に限定され、それぞれのペデスタルを超えて延びない。
【００２２】
本発明によるさらに別の方法の実施形態は、基板の第１の面内のバイアホールのアレイを反応イオンエッチングする工程を含む。これらのバイアホールは、テーパ付きの側壁及び／又は床面を含む。第１の面はテクスチャー加工される。電極は、バイアホールのアレイに重ならないダイオード領域上に形成される。
【００２３】
複数の交差する溝を形成する工程、及び／又は第１の面内にバイアホールのアレイを反応エッチングする工程を、炭化ケイ素の基板又は炭化ケイ素を含まない基板から成る発光ダイオードに対して使用して、そこからの光抽出を改良することができる。さらに、第１の面の小さい表面積内に限定されたダイオード領域上の放射領域の形成を、他の従来の発光ダイオードに使用して、そこからの光抽出を改良することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の好ましい実施形態が示されている添付の図面を参照しながら、本発明を以下のようにより完全に説明する。しかしながら、本発明は多くの異なった形態で具体化することができるが、本願に記載された実施形態に限定されると解釈してはならない。むしろ、この開示が詳細で完全であり、また発明の範囲を当業者に十分に伝えるように、これらの実施形態が提供される。図面では、層及び領域の厚さは明快にするため誇張されている。全体を通して、同じ番号は同様の素子を指している。層、領域又は基板等のあるエレメントが別のエレメントの「上に」ある又は他のエレメントの「上に」延びると言われる場合には、そのエレメントは、別のエレメントの直接上にあるか若しくは直接上に延びる、又は介在するエレメントが存在する場合もあることが理解されよう。その一方で、あるエレメントが別のエレメントの「直接上に」ある又は「直接上に」延びると言われる場合には、介在するエレメントは存在しない。さらに、本願で説明されて図示された各実施形態は、その相補的な導電型の実施形態も同様に含むものである。
【００２５】
ここで本発明の実施形態は、全体的に、炭化ケイ素ベースの基板上の窒化ガリウムベースの発光ダイオードに関連して説明される。しかしながら、本発明の多くの実施形態が放射光を吸収しない、すなわち、透明な基板と発光ダイオードのエピタキシャル層に適合した係数との任意の組み合わせを用いて採用されることが当業者は理解されよう。いくつかの実施形態では、基板の屈折率はダイオードのそれよりも大きい。このため、組み合わせには、ＧａＰ基板上のＡｌＧａＩｎＰダイオード、ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＡｓダイオード、ＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓダイオード、ＳｉＣ基板上のＳｉＣダイオード、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板上のＳｉＣダイオード、及び／又は、窒化ガリウム、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛及び／又は他の基板上の窒化物ベースのダイオードが含まれる。
【００２６】
図１は、本発明のいくつかの実施形態による発光ダイオードの断面図である。図１に示すように、これらの発光ダイオード１００は、第１及び第２の対向する面１１０ａ及び１１ｂを有し、所定の波長範囲の光放射に対して透明な炭化ケイ素の基板１１０を含む。ダイオード領域１７０は第２の面１１０ｂ上にあり、電圧がダイオード領域に対して、例えば、オーム接点１５０及び１６０に対して加えられると、所定の波長範囲の光放射に対して透明な炭化ケイ素の基板１１０内に所定の波長範囲の光を放射するように構成される。
【００２７】
さらに図１を参照すると、ダイオード領域１７０は、ｎ型層１２０と、活性領域１３０と、ｐ型層１４０とを含む。オーム接点１５０及び１６０は、ｐ型層１４０及びｎ型層１２０にそれぞれ設けられ、陽極及び陰極をそれぞれ形成する。ｎ型層１２０、活性領域１３０、及び／又はｐ型層１４０を含むダイオード領域１７０は、窒化ガリウムベースの半導体層から構成することが好ましい。これらの半導体層は、窒化インジウムガリウム、及び／又は、窒化アルミニウムインジウムガリウムなどの窒化ガリウムの合金を含む。炭化ケイ素上に窒化ガリウムを製造する方法は当業者にはよく知られており、例えば、上述の本明細書の一部をなすものとする米国特許第６，１７７，６８８号公報の中で説明されている。例えば、米国特許第５，３９３，９９３号公報と、米国特許第５，５２３，５８９号公報と、米国特許第６，１７７，６８８号公報と、「Vertical Geometry InGaN Light Emitting Diode」という題名の米国特許出願第０９／１５４，３６３号の中に説明されているように、例えば窒化アルミニウムから成るバッファ層をｎ型の窒化ガリウム層１２０と炭化ケイ素の基板１１０との間に設けることができることも理解されよう。それらの開示内容は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【００２８】
活性領域１３０は、ｎ型若しくはｐ型の単一の層又は本質的な窒化ガリウムベースの材料、別のホモ構造（homostructure）、単一のヘテロ構造、二重ヘテロ構造、及び／又は、量子井戸構造から構成する。それらの全ては当業者にはよく知られている。さらに、この活性領域１３０は、１つ以上のクラッド層によって囲まれた光放射層を含む。ｎ型の窒化ガリウム層１２０がシリコンをドープした窒化ガリウムから成り、一方、ｐ型の窒化ガリウム層１４０がマグネシウムをドープした窒化ガリウムから構成することが好ましい。その上、活性領域１３０は、少なくとも１つの窒化インジウムガリウムの量子井戸を含むことが好ましい。
【００２９】
いくつかの実施形態では、ｐ型の窒化ガリウム層１４０用のオーム接点１５０は、プラチナ、ニッケル、及び／又は、チタン若しくは金を含む。別の実施形態では、例えば、アルミニウム及び／又は銀から構成する反射形オーム接点を使用する。ｎ型の窒化ガリウム１２０用のオーム接点１６０は、アルミニウム及び／又はチタンから構成することが好ましい。ｐ型の窒化ガリウム及びｎ型の窒化ガリウムに対してオーム接点を形成する他の適当な材料を、それぞれオーム接点１５０及び１６０に使用することができる。ｎ型の窒化ガリウム及びｐ型の窒化ガリウムに対するオーム接点の実施例は、例えば、米国特許第５，７６７，５８１号公報の中で示されている。その開示内容は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【００３０】
さらに図１を参照する。いくつかの実施形態では、基板１１０は、所定の波長範囲の光放射に対して透明な炭化ケイ素の基板を含む。所定の波長範囲の光放射に対して透明な炭化ケイ素の基板を製造する１つの技術は、本発明の譲受人に譲渡された、米国特許第５，７１８，７６０号公報の中で説明されている。その開示内容は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。炭化ケイ素の基板１１０は、２Ｈ、４Ｈ、６Ｈ、８Ｈ、１５Ｒ、及び／又は、３Ｃのポリタイプを含む。６Ｈ及び／又は４Ｈのポリタイプは、オプトエレクトロニクスの用途には好ましい。
【００３１】
別の実施形態では、炭化ケイ素の基板１１０は、上記の米国特許第５，７１８，７６０号公報の中で説明されているように、補償された無色の炭化ケイ素の基板である。この特許で説明されているように、無色の炭化ケイ素は、補償された量のｐ型及びｎ型のドーパントが存在する中で炭化ケイ素を昇華することによって製造される。自然に生じる炭化ケイ素は、一般に、不純物レベルが高いために黒である。従来のマイクロエレクトロニクス用炭化ケイ素のウェハの色は、結晶内の制御されたドーピングレベルにより、半透明の青、琥珀色、又は緑となる。米国特許第５，７１８，７６０号公報の中で説明されているように、補償されたレベルのｎ型及びｐ型のドーパントを用いて炭化ケイ素の結晶のドーピングを低いドーピング濃度に注意深く制御することによって、無色の単結晶の炭化ケイ素が得られることが判明している。特に、材料内の意図しない窒素（ｎ型）のドーピングを減らして、好ましくは最小にして、補償されたｐ型ドーパントのレベルを低くし、これにより無色の単結晶を作ることが望ましい。
【００３２】
図６に示すように、４Ｈ−ＳｉＣは、約４６０ｎｍに吸収ピークがあることにより特徴付けられる。図６は、吸収ピークを著しく減らすことができる４Ｈ−ＳｉＣ内のドーピングレベルを低下させることによって、４Ｈ−ＳｉＣが約４６０ｎｍで透明になることを示している。４Ｈ−ＨＤと記された曲線は、約２．５×１０18の正味のドナー濃度でドープされた４Ｈ炭化ケイ素に対する測定された吸収値を示し、一方、４Ｈ−ＬＤと記された曲線は、約５×１０17の正味のドナー濃度でドープされた４Ｈ炭化ケイ素に対する測定された吸収値を示す。ドーピングレベルをさらに減らすと、結果として吸収レベルがさらに低くなる。また、６Ｈと記された曲線は、約４６０ｎｍにおける透明な基板を示す。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態によると、例えば、米国特許第５，７１８，７６０号公報とその中に引用された参考文献の中で説明された工程とに基づいて成長された炭化ケイ素の無色の素材は、加工するためにウェハに切断される。窒化ガリウムベースのエピタキシャル層を、例えば、米国特許第６，１７７，６８８公報号の中で説明されたように、これらのウェハ上に形成することができ、次に、これらのウェハを、図１に示したような構造体を作るために処理することができる。
【００３４】
炭化ケイ素の基板を有するＬＥＤでは、多くの理由のために、活性領域で発生した光が基板に入らないようにすることが以前は好ましかった。例えば、炭化ケイ素はヒ化ガリウムと比較すると透明性が高いが、従来の炭化ケイ素の基板は、可視スペクトルの部分の光をいくらか吸収してしまう。さらに、従来の炭化ケイ素のデバイス（device）は下向きに基板に取り付けられる縦形のデバイスであるため、基板に入射するいくらかの光は、デバイスから抽出される前に基板を通して反射して戻されることがあり、このため、基板内の吸収損失が増加する。反射損失は、デバイスの全体的な効率も減少させる。
【００３５】
窒化ガリウム及び炭化ケイ素の屈折率は同様である。特に、窒化ガリウムの屈折率は約２．５であり、一方、炭化ケイ素の屈折率は約２．６〜２．７である。その意味で、窒化ガリウム及び炭化ケイ素は光学的に適合すると言われる。このため、窒化ガリウムと炭化ケイ素との間の境界では、極めて僅かな内部反射しか発生しない。その結果、窒化ガリウムベースの基板内で発生した光が炭化ケイ素の基板内を通過しないようにすることは困難である。
【００３６】
例えば、米国特許第５，７１８，７６０号公報の中で説明された方法に基づいて成長された、補償された無色の炭化ケイ素の基板を設けることによって、炭化ケイ素の基板内の可視光の吸収を減少させることができる。当業者にはよく知られているように、いわゆる「ビーダマン効果（Biedermann Effect）」により、ドーピングが増加するにつれて吸収損失が増加する。このため、基板からの可視光の抽出はドーピングが減ると、好ましくは最小になると向上され、これにより、デバイスの全体的な効率が改良される。炭化ケイ素とは対照的に、サファイアの屈折率は約１．８である。このため、サファイアベースの窒化ガリウムのＬＥＤでは、窒化ガリウムの活性層内で発生した大部分の光は基板の中を通過しないが、基板から反射されてしまう。
【００３７】
本発明の別の実施形態では、炭化ケイ素基板のドーピングは、デバイスのダイオード領域１７０内で発生した波長範囲の光が基板１１０では吸収されないが、他の波長は吸収されるように制御される。従って、炭化ケイ素基板の吸収特性は、光の望ましい波長を通過するように調整される。例えば、活性領域１３０は、４５０ｎｍ近傍の青色光を放射するように設計される。炭化ケイ素基板１１０のドーピングは、波長が約４５０ｎｍの光線が基板１１０によってほとんど吸収されないように制御される。このため、この基板は、完全に無色ではなく、また他の波長を吸収するが、それでもなお、この基板は、関心のある波長すなわちＬＥＤ領域１７０内で発生した波長に対しては透明である。好ましい実施形態では、炭化ケイ素基板１１０のバンドギャップ及び／又はドーピングは、基板が約３９０〜５５０ｎｍの範囲内の光に対して透明であるように制御される。
【００３８】
従って、いくつかの実施形態では、基板１１０は、デバイスが出力する光のスペクトルの純度を改良するフィルタと考えることができる。例えば、窒化ガリウムベースの青色ＬＥＤは、望ましい放射の他に紫外（以下、「ＵＶ」とよぶ）スペクトルの不要な放射を発生することは、当業者にはよく知られている。そのようなＵＶ放射は、ＬＥＤが実装されるプラスチック材料を劣化する可能性があり、結果として信頼性の問題及び／又は寿命を短くすることにつながるため、パワーレベルが適度に低い場合であっても望ましくない。６Ｈ炭化ケイ素がＵＶ光を吸収することもよく知られている。従って、不要なＵＶ放射をフィルタで除去する６Ｈ炭化ケイ素基板を通して光を抽出することが好ましい。
【００３９】
従来は多くの方法で行ったように、光が基板に入射することを阻止又は抑制する代わりに、本発明の実施形態はダイオード領域１７０の中で発生した光が基板１１０の中に入射するように仕向けることができる。この基板１１０の中で、光を最も効率的に抽出することができる。このため、本発明のいくつかの実施形態は、ダイオード領域により基板の中に放射された光の少なくともいくらかを基板から抽出する手段を提供することができる。このため、本発明のいくつかの実施形態は、図２に関連してこれから説明するような、いわゆる「フリップチップ（flip-chip）」すなわち「アップサイドダウン(upside-down)」式のパッケージング構成の中で使用する場合に特に好都合である。本発明の実施形態は、図６に関連して説明するような、従来の「ライトサイドアップ（right-side-up）」又は「ノンフリップチップ（non-flip-chip）」パッケージングと共に使用することもできる。
【００４０】
ここで図２を参照すると、本発明の実施形態による発光ダイオードの別の実施形態が示されている。図２では、結合領域２２０及び２３０を用いて、ヒートシンクのような取付け支持体２１０の上にフリップチップ式にすなわち上下逆に取り付けられた発光ダイオード２００が示されている。これらの結合領域２２０及び２３０は、はんだのプリフォームを含む。はんだのプリフォームは、ダイオード領域及び／又は取付け支持体２１０に取り付けられ、従来のはんだリフロー技術を用いて、オーム接点１５０及び１６０を取付け支持体２１０に取り付けるために再流動することができる。別の結合領域２２０及び２３０は、金、インジウム、及び／又は、真鍮から構成する。さらに図２に示すように、フリップチップすなわちアップサイドダウン式のパッケージング構成では、炭化ケイ素の基板１１０は取付け支持体２１０から離して上側に配置され、ダイオード領域１７０は取付け支持体２１０に隣接して下側に配置される。障壁領域（図示せず）は、それぞれのオーム接点１５０、１６０とそれぞれの溶解領域２２０、２３０との間に含まれる。この障壁領域は、ニッケル、ニッケル／バナジウム、及び／又は、チタン／タングステンを含みうる。他の障壁領域も使用することができる。
【００４１】
さらに図２を参照する。活性領域１３０の中で生成された光線２５０で示す光は、基板１１０に入射し、基板１１０の第１の面１１０ａからデバイスを出射する。活性領域１３０の中で生成された光が基板１１０に入射するように、反射材２４０を設ける。この反射材２４０は、活性領域１３０と取付け支持体２１０との間に、基板１１０に対向して配置される。反射材２４０は、図２に示すように、活性領域１３０とｐ型層１４０との間に配置することもできる。しかしながら、１つ以上の介在層が反射材２４０と活性領域１３０及び／又はｐ型層１４０との間にあっても良い。さらに、反射材２４０と活性領域１３０との間にｐ型層１４０を配置できる。例えば、後に示す図１６に関連して説明するが、他の構成にすることもできる。
【００４２】
反射材２４０は、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）の層及び／又は活性領域１３０から後方の基板１１０に向かって光を反射できる分散形ブラッグ反射材を含みうる。ブラッグ反射材の設計及び製造は当業者にはよく知られており、例えば、米国特許第６，０４５，４６５号公報の中で説明されている。その開示内容は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。反射材が活性領域１３０自体からの光子放射のパターンを変えて、これにより、より多くの光子をデバイスから放射させることができるも理解されよう。他の従来の反射材の構造も使用できる。
【００４３】
さらに図２を参照すると、活性領域１３０内で生成された光が、最初は基板１１０から離れる方向に移動するが、どのように反射材２４０によって基板を通りデバイス２００から出射するように後方に反射されるかを図示するために、典型的な光線２５０が示されている。図２に示したフリップチップ構成では、光線２５０は、デバイスから出射する前に１回基板１１０を通過する必要があるだけであることに注意されたい。
【００４４】
本発明の実施形態によるＬＥＤ２００は、光放射用のレンズ２８２のような光学素子を含む従来のドーム構造体２８０の中にパッケージ化される。ドーム２８０全体が光学素子として機能する。アノード用リード２６０とカソード用リード２７０とを外部接続用にも設けている。ドーム構造体２８０は、プラスチック、ガラス、及び／又は、他の材料を含み、シリコンのゲル及び／又は他の材料をその中に含む。
【００４５】
ここで図３を参照する。炭化ケイ素の基板１１０の第１の面１１０ａ上にカソード用オーム接点１６０’を設け、第１の面１１０ａ上のカソード用オーム接点１６０’と外部のカソード用リード２７０との間に線３９０又は他の電気的接続体を設けることにより、縦形の発光ダイオード３００がフリップチップ構成の中にパッケージ化される。例えば、下記の図１６に関連して説明するように、非フリップチップ構成を設けることもできる。
【００４６】
図４は、本発明の実施形態による他のＬＥＤを図示する。これらのＬＥＤ４００では、アノード接点は、薄い透明なオーム接点４１２及び反射材４１４を始めとする複数の層から成るオーム・反射領域４１０を含む。この薄い透明なオーム接点４１２は、プラチナを含み、好ましくは、光がかなり吸収されることを避けるためにできるだけ薄くする必要がある。薄い透明なオーム接点４１２の厚さは、プラチナの透明な電極４１２用に約１０Åと約１００Åとの間であることが好ましい。他の実施形態では、薄い透明なオーム接点４１２は、約１０Åと約１００Åとの間の厚さを有する、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／プラチナ、チタン、及び／又は、チタン／金を含む。反射材４１４は、約３００Åよりも薄いことが好ましく、アルミニウム及び／又は銀を含むことが好ましい。図４の実施形態は、反射材４１４が薄い透明なオーム接点４１２の全表面積にわたって薄い透明なオーム接点４１２と接触するため、電流の拡散を改良することができる。このため、従来のデバイスの場合のように、電流はアノード接点４１０を通って横方向に移動する必要はない。電流の拡散はこのように向上される。図２及び図３に示すように図４のデバイス４００をパッケージ化することもできる。例えば、図１６及び図１７に関連して後に詳細に説明するように、他の接点構造を使用することもできる。例えば、ニッケル、ニッケル／バナジウム、及び／又は、チタン／タングステンを含む障壁領域１５５を、反射材４１４と結合領域２２０との間、及び、オーム接点１６０と結合領域２３０との間に設けることができる。
【００４７】
本発明の他の実施形態によるＬＥＤを図５に示す。ＬＥＤ５００のこれらの実施形態は、基板１１０’の少なくともいくつかの側壁１１０ｃを傾斜させる、すなわち斜めにすることによって、ＬＥＤからの光の抽出を向上させることができる。傾斜した側壁１１０ｃに当たる光の入射角は、一般に、傾斜しない場合よりも直角に近いので、基板１１０’に反射されて戻る光は少ない。このため、デバイス全体の効率を向上させることができる光を基板１１０’から抽出できることになる。例えば、従来の方法を用いて、基板１１０’の側壁１１０ｃ及び／又は第１の面１１０ａを粗くする又は織り目を付けることによって、抽出効率をさらに向上させることができる。
【００４８】
従って、本発明のいくつかの実施形態による発光ダイオードは、基板と窒化ガリウムベースのダイオード領域とを含む。この基板は、所定の放射範囲に対して、好ましくは昇華によって製造された単結晶の透明な炭化ケイ素から構成する。基板の厚さは、約１００μmと約１０００μmとの間である。基板からの光の抽出を増加することによって、ダイオードの外部的効率を向上させることができる。本発明のいくつかの実施形態では、ダイオードは、ダイオード領域の中で生成された光を反射して基板へと戻し、デバイスから取り出すための反射材を含む。この反射材は、基板に対向する活性領域上に、屈折率が比較的に低い材料（ＡｌＧａＮなど）の層を含む。別の方法では、反射材は透明なオーム接点上に、構造体内及び／又は、アルミニウム及び／又は銀のコーディング層内にブラッグ反射材を含む。他の実施形態を後で説明する。さらに別の実施形態では、基板の側壁の一部を傾斜させる及び／又は粗くして、光抽出を向上できるようにする。本発明の実施形態によるダイオードは、フリップチップ式取付け構造体の中での使用に特に適している。しかしながら、非フリップチップ式取付けを使用することもできる。
【００４９】
上記の図１〜図６の中で説明した本発明の実施形態は炭化ケイ素の基板を変更して、所定の波長範囲の少なくともいくらかの光を抽出する手段を具体化し、これにより、炭化ケイ素のＬＥＤ上に窒化ガリウムのフリップチップ式又は非フリップチップ式取付けを可能にする。ここで、本発明の他の実施形態を説明する。この場合には、様々な幾何学的な変更を基板に対して行い、基板から少なくともいくらかの光を抽出する別の実施形態の手段を提供して、抽出効率を向上できるようにする。大きな面積のチップが製造される場合には、これらの基板の変更は特に有用であり、基板から少なくともいくらかの光を抽出する別の実施形態の手段を提供して、基板の内部領域からの抽出効率を改良することができる。上記の図１〜図６に関連して説明したように、これらの改良は炭化ケイ素の基板と共に使用できるが、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、それらの合金、及び／又は、サファイアを含む従来の基板と一緒に使用することもできる。
【００５０】
図７Ａは、本発明の別の実施形態によるＬＥＤの平面図である。図７Ｂ及び図７Ｃは、本発明の別の実施形態に基づいて、図７Ａの線７Ｂ−７Ｂ’に沿って切り取った図７ＡのＬＥＤの断面図である。
【００５１】
ここで図７Ａ〜図７Ｃを参照すると、これらのＬＥＤは、それぞれ第１及び第２の対向する面７１０ａ及び７１０ｂを有する基板７１０と、この基板７１０の第２の面７１０ｂ上のダイオード領域７４０とを含む。基板７１０は、図１〜図６に説明したような炭化ケイ素の基板１１０及び／又は他の従来のＬＥＤ基板とすることができる。ダイオード領域７４０は、上記の図１〜図５のダイオード領域１７０及び／又は任意の他の従来のダイオード領域を含む。
【００５２】
さらに図７Ａに示すように、これらのＬＥＤ７００の第１の面７１０ａは、基板の中に複数のペデスタル７３０を形成する複数の溝７２０を中に含む。図７Ａでは、三角形のペデスタルが示されている。しかしながら、他の多角形又は多角形でない形状のペデスタルを設けることもできる。図７Ｂに示すように、溝７２０は傾斜が付いた床面７２２を含む。しかしながら、平坦な床面も含みうる。さらに、溝の側壁７２４は、第１及び第２の面７１０ａ及び７１０ｂに垂直であるように示してあるが、テーパ付きの側壁にすることもできる。この場合には、側壁の断面積は、基板７１０の第１の面７１０ａから第２の面７１０ｂに向かって縮小することが好ましい。
【００５３】
図７Ｃは、非平面形状が設けられた別の実施形態を示す。これにより、広いソーカット（saw cut）又は他の技術を用いて、基板７１０’内にテーパが付き湾曲した側壁７２４、湾曲した床面７２２’、及び／又は、ドーム形の第１の面７１０ａ’を有するペデスタル７３０’を形成することができる。その結果、これらのペデスタル７３０’の実施形態により、全体的な内部反射を低減できるレンズ状の構造体が形成される。別の方法では、湾曲した又はレンズ状の第１の面７１０ａ’及び／又は床面７２２’ではなく、切子面（facet）を第１の面７１０ａ’及び／又は床面７２２’上に形成して、光の抽出をさらに向上させる。エッチング、ソーカット、レーザカット、及び／又は、他の従来の技術を用いて、これらの構造体を作ることができる。
【００５４】
最後に、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、第１及び第２の面７１０ａと７１０ａ’と７１０ｂとの周辺部は正方形である。しかしながら、他の形状を使用することもできることが理解されよう。例えば、周辺の形状が三角形の第１及び第２の面を使用することもできる。さらに、４つの三角形のペデスタル７３０が示されているが、２つ以上のペデスタルも使用でき、また、例えば、０．１ｍｍ2よりも大きい面積の比較的に大きなチップでは、４つよりも多いペデスタルを使用することが好ましい。
【００５５】
図８Ａは、本発明のさらに別の実施形態によるＬＥＤの平面図である。図８Ｂ及び図８Ｃは、本発明のさらに別の実施形態による図８ＡのＬＥＤの、線８Ｂ−８Ｂ’に沿って切り取った断面図である。
【００５６】
図８Ａに示すように、これらの発光ダイオード８００は、第１及び第２の対向する面８１０ａ及び８１０ｂを有する基板８１０と、この第２の面８１０ｂ上のダイオード領域８４０とを含む。基板８１０は、図１〜図６に関連して説明したような炭化ケイ素の基板１１０、及び／又は、任意の他の従来のＬＥＤ基板とすることができる。ダイオード領域８４０は、図１〜図５で説明したような窒化ガリウムベースのダイオード領域１７０、及び／又は、任意の他の従来のダイオード領域とすることができる。
【００５７】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、基板８１０は、第１の面８１０ａ内にバイアホール８２０のアレイを含む。これらのバイアホール８２０は、基板８１０を一部だけ通るように延びることが好ましいが、他の実施形態では、それらは基板８１０を貫通することができる。また図示のように、バイアホールはテーパ付きの側壁８２４を備えることができる。側壁８２４は湾曲又は垂直とすることができる。さらに、第１及び第２の面８１０ａ及び８１０ｂと直交する湾曲した又は真っ直ぐな側壁も使用できる。バイアホール８２０は、平坦な、傾斜した及び／又は湾曲した床面８２２を有して、フラストな円錐状（frusto-conical）又は円柱状のバイアホールを提供する。バイアホールは、床面８２２を含まずに点状にして、円錐状のバイアホールを提供することもできる。４つの完全なバイアホール及び１２の部分的なバイアホールのアレイが図８Ａ及び図８Ｂに示されているが、２つ以上のバイアホール８２０を使用することができ、大きな面積のチップ、例えば、０．１ｍｍ2よりも大きい面積を有するチップについては、５つ以上の完全なバイアホール８２０を含むことが好ましい。
【００５８】
図８Ｂに示すように、第１の面を１つ以上の切子面を中に含む傾斜が付いた第１の面８１０ａとすることができる。別の実施形態では、上面８１０ａに丸みを付けて、レンズ状の構造体にすることができる。
【００５９】
以下に詳細に説明するように、図７Ａ〜図７Ｃの溝７２０は、チップをさいの目に切断する前又は後に、例えば、チップの側面に対して４５°の角度でダイシングソー（dicing saw）を用いて製造することができる。マスクを通す反応イオンエッチングや、レーザによる切断や、湿式エッチング等を含む他の技術を使用することができる。図８Ａ〜図８Ｃのバイアホール８２０は、チップをさいの目に切断する前又は後に、マスクを通す反応イオンエッチングを用いて製造できる。
【００６０】
図７Ａ〜図７Ｃと図８Ａ〜図８ＣとのＬＥＤからの光抽出について、これから説明する。溝７２０又はバイアホール８２０は、チップの端部に単に沿うのではなく、周期的にチップを横切って発生するように光を抽出することを可能にする。このため、これらは大面積のチップに対して拡張性を提供できる。このことは、溝内で基板をさいの目切断できるように基板の中に配置される溝をさいの目切断することとは著しく対照的であり、ＬＥＤのダイオード領域を通って切断される溝とも極めて対照的である。
【００６１】
ペデスタル、バイアホール、側壁、及び／又は、溝は、チップの垂直な端部が一般に光抽出の役割を演ずるため、光の抽出を向上させることができる。さらに、光を抽出するためには、ＬＥＤチップの最良の周辺部の形状は正方形又は長方形ではない。しかしながら、ＬＥＤチップの周辺部は、ウェハ内のパッキング密度を上げるために、一般に正方形である。正方形のチップでは、臨界角よりも大きくて、この角度の余角よりも小さい角度で任意の方向から側壁に当たる光線は、一般に、内部反射とその後の吸収とにより失われる。円柱形のチップは、内部反射を減少できるが、製造しやすさとパッキング密度とが不十分である。さらに、円柱形のダイの中心から離れた点で生成された光は、垂直の側壁に接線方向に当たる光線を次第に発生する。より多くの光線が、内部反射及び吸収によりこの場合も失われる。この場合には、全体的なダイの面積は、有効な中心面積に比べて大きくする必要があり、このことは、ウェハ面積を非効率的に使用することになり、費用の増加を招く。
【００６２】
際立って対照的に、本発明のいくつかの実施形態では、基板の中に等辺の又は非等辺の三角形のペデスタル７３０等のペデスタルを形成することができる。優れたウェハの利用率を維持することができる。特に、生成された光は、臨界角よりも大きい角度で側壁７２４において１回の入射及び反射を行うだけである。臨界角よりも大きい入射角では反射されるが、封入材料の屈折率が約１．５以上であると仮定すると、それらは全ての場合において臨界角よりも小さい角度で次の壁に当たることになる。このため、側壁が直角であるか又は平滑で連続的な円弧のダイとは異なり、光線が内部反射及び吸収に対して全体として失われることはない。
【００６３】
チップの面積が同じであり、同じ電流が流れ、滑らかで垂直な側壁を有する正方形のＬＥＤに対する三角形のＬＥＤは、例えば、光出力において１５％の改善が見られる。さらに、テーパ付きの側壁又はチャネルを三角形のペデスタルと共に使用して、基板の中に閉じ込められたさらに多くの光を利用できる。最後に、正方形のダイに対して４５°又は別の角度で切断された溝を用いて形成された三角形のペデスタルは、標準的なダイ管理及び分離技術を可能にするが、正方形でないチップの付加的な光抽出の利点を提供することができる。標準的なエッジ整形とダイ分離技術とを使用することもできる。バイアホール８２０のアレイを使えば、同じ効果を提供することができる。
【００６４】
図７Ａ〜図７Ｃと図８Ａ及び図８ＣとのＬＥＤは、図２〜図５に示したように、アップサイドダウン式すなわちフリップチップ式の構成で実装されていることが理解されよう。ＬＥＤを取付け支持体に結合するために使用される銀エポキシは、ＬＥＤの効率を減らすおそれがあるため、溝又はバイアホールに入らないようにされる。他の実施形態では、溝及び／又はバイアホールを従来の非フリップチップ式ＬＥＤ取付け方法と一緒に使用する場合には、銀又はアルミニウムのような後方反射層を基板の第１の面上に形成して、溝又はバイアホールに入射する光を、ダイオード領域を通るように後方に反射する。
【００６５】
結合領域２２０／２３０の中ではんだプリフォームを使用する別の説明をここで行う。面積の小さいＬＥＤは、ダイをリードフレームに取り付ける場合に使用する銀エポキシがチップの側壁及び／又は処理基板に接触しないようにするための特別の注意を必要とする。そのような接触は、縦形ＬＥＤ構造の性能に有害なショットキーダイオードを形成する可能性がある。このショットキーダイオードは、順方向のターンオン電圧が低いため、ＬＥＤの周りの電流を短絡することがある。大きなチップ上で銀エポキシを使用することは、小さいチップの場合よりも管理が容易である。その理由は、分配が多すぎても、エポキシがチップの下から出てきて、ダイオード領域及び／又は基板の縦形の側壁に到達する原因にはならないからである。本発明の実施形態によれば、後に説明するように、はんだのプリフォームが反射材又は他の層の上に形成される又はそれらに付着することはない。このプリフォームは、鉛−錫、インジウム−金、金−錫、及び／又は、銀−錫のはんだ等の低温の共晶合金を含む。このプリフォームの形状は良く規定され、外側のクリープはダイ取付け工程の中で採用された圧力及び／又は温度によって制御することができる。さらに、プリフォームの熱伝導率は銀エポキシよりも優れており、このことは高出力のデバイスにとって利点となる。
【００６６】
ここで図９及び図１０を参照すると、基板のテクスチャー加工が提供される。このテクスチャー加工は、放射波長又はそれより大きい程度である。例えば、図９に示すように、ＬＥＤ９００は、基板７１０のテクスチャー加工した第１の面７１０ａ’を含む。テクスチャー加工した側壁７２４’及び／又はテクスチャー加工した床面７２２’を、テクスチャー加工した第１の面７１０ａ’に加えて又はその代わりに設ける。図１０に示すように、ＬＥＤ１０００は、上にマイクロレンズ１０１０のアレイを含むテクスチャー加工した第１の面８１０ａ’を有する。テクスチャー加工した側壁及び／又は床面も設ける。テクスチャー加工するための任意の従来の技術も使用できる。例えば、図９〜図１０に関連して説明したテクスチャー加工は、本願で説明される他の実施形態でも使用できる。
【００６７】
パッケージ化されたＬＥＤチップの露出面をテクスチャー加工し、研磨しないことが好ましい。従来のチップは、エピタキシャルの側面を研磨してパッケージ化される。このことは、そこからの光抽出を減少させる可能性がある。露出面をテクスチャー加工することにより、入射光を内部反射する代わりに伝達することができるランダム確率を提供できる。基板の裏側をテクスチャー加工することは、この基板面にオーム接点を形成することの妨げにはならないことも理解されよう。より詳細に説明すると、縦形ＬＥＤは、有効なダイオード領域に対する１つの接点と、テクスチャー加工した基板の裏側に対する裏面接点とを有する。側壁をテクスチャー加工することにより、研磨面の場合に比べて最大２０％又はそれ以上の光放射を提供できる。
【００６８】
図１１及び図１２は、本発明の実施形態による別のＬＥＤを示す。図１１のＬＥＤ１１００及び図１２のＬＥＤ１２００は、図７のＬＥＤ７００及び図８のＬＥＤ８００に相当する。しかしながら、図１１及び図１２の実施形態では、透明なオーム接点４１２及び反射材４１４が加えられている。この薄い透明なオーム接点４１２は、ｐ型の窒化ガリウム層の電流拡散を向上させることができ、光量を遮って好ましくは減少させて、より好ましくは最小にして、アノードにオーム接点を作ることができる。
【００６９】
さらに、図１１及び図１２に示した構成では、チップが取付け支持体２１０上にフリップチップ式で取り付けられているため、透明なオーム接点４１２を、従来の窒化物のＬＥＤの中で可能にされるよりも薄くすることができ、このため、それを一層透明にすることができる。例えば、アルミニウム及び／又は銀を含む比較的に厚い反射材４１４を設けることもできる。この反射材４１４は、優れた電流拡散を提供できる。さらに、はんだプリフォーム２２０及び／又は他の取付け領域を金属接点１５５と取付け基板２１０との間に使用して、寄生のショットキー接触を作る可能性があるダイオード領域内の短絡回路を防ぐと同時に、電気的で機械的な接続とダイオード領域からの熱伝達とを行う。ダイオードをフリップチップ式で取り付けることによって、電力消費（power dissipation）を基板の中で行う必要がないことが理解されよう。逆に、ダイオード領域で発生する熱を、低い熱抵抗でヒートシンクに密着させることができる。例えば、図１６に関連して記述された別の実施形態では、非フリップチップ式取付けが使用される。透明／反射材用電極、はんだプリフォーム、及び／又は、フリップチップ式取付けは、本願で記載される本発明の別の実施形態でも使用されることが理解されよう。
【００７０】
図１３は、従来のＡＴＯＮ形ＬＥＤ（ATON LED）において抽出効率を改良するために使用できる、本発明の他の実施形態を示す。当業者はよく知られているように、ＡＴＯＮ形ＬＥＤは、例えば、Compound Semiconductor、volume 7、No.1、2001年2月、第７頁にある、「OSRAM Enhances Brightness of Blue InGaN LEDs」という題名の出版物の中に説明されているような基板成形方法を使用している。特に、図１３に示すように、従来のＡＴＯＮ形ＬＥＤ１３００は、基板１３１０及びダイオード領域１３２０を含む。本発明の実施形態によれば、例えば、メサ１３２０ａ及び／又は電極１３３０によって形成される放射領域は、ダイオード領域の中央部のみに含まれ、ダイオード領域の周辺部からは除かれる。電極１３３０は、透明な電極であることが好ましく、放射領域１３２０ａと同じ広がりを有するそれよりも小さくすることができる。放射領域の面積を減少させる別の技術を使用することもできる。
【００７１】
言い方を変えると、基板１３１０は、それぞれ対向する面１３２０ａと１３１０ｂとを有する。第１の面１３１０ａの表面積は、第２の面よりも小さい。ダイオード領域１３２０は、第２の面１３１０ｂ上にある。放射領域１３２０ａは、ダイオード領域１３２０の中に含まれ、第１の面１３１０ａの小さい表面積内に限定される。この構成により、チップはレンズの焦点における点光源のように見える。従来の構成では、チップの端部で生成された光は、放射光の小さい固体表面がチップの中心で生成された光と比べるとこれらの表面と相互作用するため、形成された端部の多くの利点を得ていない。シミュレーションによると、放射領域をチップの端部の前に配置することによって、出力された約２０％以上の光を得ることができることを示している。縮小した放射領域の抽出効率をこのように増加することによって、より多くの光が活性領域からの第１の経路上で消えることがあるため、出力された光が基板内及び基板表面における損失に影響されないようにすることもできる。図１３の実施形態は、従来の非フリップチップ式パッケージングに使用することができる。フリップチップ式パッケージングで使用されるＡＴＯＮ形ＬＥＤの実施形態は、下記の図１７に関連して説明される。
【００７２】
図１４Ａは、本発明の別の実施形態に対する、放射領域を縮小した応用例を示す。例えば、ＬＥＤ１４００は、本発明の実施形態に基づいて少なくとも１つの縮小した放射領域を設けることを除いて、図７のＬＥＤ７００と同様である。少なくとも１つの縮小した放射領域は、ペデスタル７３０と整列した１つ以上の導電性電極１４１０を用いて設けることができる。これらの導電性電極１４１０は、プラチナ及び／又は他の金属を含む。例えば、窒化ケイ素を含む絶縁層１４２０を使用して、金属接点がダイオード領域７４０に接触することを防止する。相互接続する金属層１４３０は、導電性電極１４１０及び窒化ケイ素層１４２０上に形成されたブランケットとすることができる。相互接続層１４３０は反射層として機能できることも理解されよう。別の方法では、１つ以上の分離した反射層を設ける。図１４Ｂは、導電性電極１４１０及び金属層１４３０を示す図１４ＡのＬＥＤの底面図である。本発明の別の実施形態では、少なくとも１つの図１３のメサ１３２０ａを図１４Ａのダイオード領域７４０の中に含み、少なくとも１つの縮小した放射領域を提供することも理解されよう。さらに、縮小した放射領域は、本願に記載される本発明の別の実施形態と一緒に使用することができる。
【００７３】
このように、背後形成された領域（back-shaped region）の中央部の中に限定された放射領域を縮小することによって、ＬＥＤの効率を向上させることができる。均一な放射領域を有する背後形成されたデバイスでは、多くの放射光がチップの形成された領域にわたって発生するが、これは効率的ではない。これとは対照的に、図１４Ａ及び図１４Ｂでは、放射領域がペデスタル７３０と整列されているため、改良された抽出効率を提供できる。導電性電極１４１０が互いに離れているため、それらの電極を相互接続する導電性の金属１４３０で接続する必要がある。デバイスがフリップチップ結合されている場合には、この導電性金属１４３０は、はんだ及び／又は銀を加えたエポキシとすることができる。デバイスが非フリップチップ構成で実装されている場合には、反射材などの金属シート、金属のストリップ、及び／又は、ワイヤボンドが相互接続用に含まれる。
【００７４】
図１５Ａは、本発明のさらに別の実施形態に対する少なくとも１つの縮小した放射領域の応用例を示す。例えば、ＬＥＤ１５００は、本発明の実施形態に基づいて少なくとも１つの縮小した放射領域を設けることを除いて、図８のＬＥＤ８００と同様である。少なくとも１つの縮小した放射領域は、バイアホール８２０に重なり合わない導電性電極１５１０を用いて設けることができる。この導電性電極１５１０は、プラチナ及び／又は他の金属から構成する。例えば、窒化ケイ素を含む絶縁層１５２０を使用して、金属接点がバイアホール８２０により形成された領域の上にくることを防止する。図１５Ｂは、導電性電極１５１０及び絶縁領域１５２０を示す図１５ＡのＬＥＤの底面図である。図１４Ａの場合と同様に、別の実施形態では、少なくとも１つの図１３のメサ１３２０ａが図１５Ａのダイオード領域８４０の中に含まれて、少なくとも１つの縮小された放射領域を提供する。
【００７５】
本発明による実施形態は、前述したように、サファイアベースの窒化物のＬＥＤ及び他の材料システムによるＬＥＤを改善するために使用できることが理解されよう。しかしながら、サファイアベースの窒化物のＬＥＤでは、大部分の光はより高い指数の窒化物のダイオード領域内に捕獲されて残ってしまう。このゲインは、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、及び／又は、基板の屈折率がサファイアのそれよりも高い他の基板よりも大きい。このため、本発明の実施形態は、炭化ケイ素を基板として使用することに限定されない。サファイアを基板として使用する場合には、サファイアの絶縁層は、図１で示したように、ダイオード領域に対して２つの接点を使用することは理解されよう。これらの接点は、パッケージ内でそれらの電気的接続部と整列する必要がある。サファイア基板の透明性により、露出側が研磨されている場合は容易に整列させることができる。しかしながら、研磨した露出面は、テクスチャー加工したものよりも光を抽出する効率が悪い。
【００７６】
図１６は、本発明の別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。図１６は、発光ダイオード１６００が、フリップチップ式実装ではなく非フリップチップ式実装で構成されていることを除いて、図３と同様であるとみなすことができる。さらに、実装アセンブリ又はサブ実装アセンブリ（sub-mounting assembly）などの、ＬＥＤと取付け支持体との間の別の接点構造体も示されている。図１６の非フリップチップ式実装方法及び／又は図１６の接点構造体が、本願で説明されている本発明の他の実施形態及び／又は別の従来のＬＥＤと共に使用できることは理解されよう。
【００７７】
より具体的には、図１６を参照すると、発光ダイオード１６００が、非フリップチップ式の方向で取付け支持体２１０上に実装されている。この方式では、炭化ケイ素の基板１１０は取付け支持体２１０に隣接し、ダイオード領域１７０は取付け支持体２１０の反対側又はそれから離れた炭化ケイ素の基板１１０上にある。換言すると、ダイオード領域１７０は上側にあり、炭化ケイ素の基板１１０は下側にある。図１６に示した本発明の実施形態によれば、透明な炭化ケイ素の基板１１０を用いれば、従来の非フリップチップ式で実装されたＬＥＤから抽出される光量を増加できることが分かる。これらの実施形態では、炭化ケイ素の基板１１０の中に下向きに生成された、ダイオード領域１７０の活性領域１３０からの光は、反射材１４０により反射されて炭化ケイ素の基板１１０を通って戻される。抽出効率は、図３のＬＥＤ３００よりも少ないが、透明な炭化ケイ素の基板１１０を採用していない従来のＬＥＤのものよりも大きな抽出効率を得ることができる。取付け領域に隣接した透明な炭化ケイ素の基板及び取付け領域から離れたダイオード領域を有する、図１６のライトサイドアップ式実装方法を、別の従来のＬＥＤ構成に使用することもできることが理解されよう。
【００７８】
さらに図１６を参照して、本発明の実施形態による接点構造体１６２０をここで説明する。これらの接点構造体１６２０は、本願で説明する他の実施形態と共に使用でき、他の従来のＬＥＤ構造体と一緒に使用することもできることが理解されよう。
【００７９】
図１６に示すように、接点構造体１６２０は、オーム領域１６０と、反射材１４０と、障壁領域１６１０と、結合領域２３０とを含む。上部オーム接点１５０も設けられている。オーム接点１５０／１６０は、厚さが約１０Åと約１００Åとの間の、薄いプラチナ層などの透明な金属の層であることが好ましい。他の透明なオーム接点１５０／１６０を使用することもできる。例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明な酸化物を使用することができる。この場合には、オーム接点１５０／１６０の厚さは、最大で数ミクロン又はそれ以上である。オーム接点１５０／１６０は、例えば、Haitzらへの米国特許第５，９１７，２０２号公報の中で説明されるように、均一な厚さの層、グリッド構造体、及び／又は、ドット構造体とすることができる。その開示内容は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。オーム接点１５０／１６０が、電流拡散動作を行い、活性領域１７０への効率的で均一な電流注入を容易にすることが好ましい。グリッド又はドット構造体をオーム接点１５０／１６０に使用する場合には、炭化ケイ素の基板１１０の伝導率が適切に適合すれば、電流拡散動作が実現される。グリッド／ドットのオーム領域は、面積の有効範囲が縮小されるため、オーム領域内の光吸収を減少又は最小にすることができる。オーム接点１５０及び１６０の構成は同一である必要はないことも理解されよう。
【００８０】
さらに図１６を参照する。反射材１４０は、例えば、厚さが約１００Åと約５０００Åとの間の、銀及び／又はアルミニウム等の反射性金属、及び／又は、すでに説明したようなミラースタック（mirror stack）を含みうる。電流の拡散及び反射機能を同時に行うことができる、銀又はアルミニウムの１つの層のように、オーム領域１６０及び反射材１４０の機能性を１つのオーム領域及び反射材領域の中に結合することができることも理解されよう。別の方法では、オーム領域１６０及び反射材１４０に対して異なる層を使用する。
【００８１】
さらに図１６を参照すると、障壁領域１６１０も備えうる。この障壁領域１６１０は、反射材１４０及び／又はオーム領域１６０を、下側のダイ接着剤からの拡散及び／又はスパイキング（spiking）から保護する。このため、障壁領域１６１０は、オーム領域１６０及び／又は反射材１４０が光学的及び／又は電気的に損なわれないように保護することができる。いくつかの実施形態では、障壁領域は、厚さが約１００Å〜約５０００Åである、ニッケル、ニッケル／バナジウム、及び／又は、チタン／タングステンを含む。
【００８２】
最後に、さらに図１６を参照すると、半導体のＬＥＤ構造体を取付け又はサブ取付けアセンブリなどの取付け支持体２１０に固定する結合領域２３０が設けてある。この結合領域２３０は、例えば、金、インジウム、はんだ、及び／又は、真鍮を含む金属層とすることができ、１つ以上のこれらの及び／又は他の構造体のプリフォームを含む。いくつかの実施形態では、結合領域２３０は、はんだバンプ及び／又はインジウム又は金などの他の金属のバンプを含みうる。取付け支持体２１０は、ヒートシンク、Surface Mount Technology (SMT)のパッケージ、印刷配線板、ドライバ用集積回路、リードフレーム、及び／又は、ＬＥＤに用いられる他の従来の取付け及び／又はサブ取付けアセンブリを含む。銀エポキシ、はんだボンディング、熱はんだボンディング、及び／又は、他の技術を用いて、結合領域２３０を取付け支持体２１０に固着できる。図１６の接点構造体１６２０の実施形態は、フリップチップ取付け式ＬＥＤ及び／又は他の従来のＬＥＤ構造体に使用できることも理解されたい。
【００８３】
図１７Ａは、本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。より具体的には、図１７Ａは、フリップチップ式に取り付けられ及び／又は本発明の実施形態による接点構造体を採用する、従来のＡＴＯＮ形ＬＥＤを示す。例えば、図２に示したようなフリップチップ式取付け、及び／又は、図１６で示したような接点構造体を使用する。
【００８４】
ここで図１７Ａを参照する。これらのＬＥＤ１７００の実施形態は、無色で補償された炭化ケイ素の基板などの透明な基板１３１０と、ダイオード領域１３２０が取付け支持体２１０に隣接し、炭化ケイ素の基板１３１０が取付け支持体２１０から離れるように取付け支持体２１０上にフリップチップ式で取り付けられたダイオード領域１３２０とを含む。ダイオード領域１３２０は、図１３のメサ領域１３２０ａなどの縮小された放射領域を含む。
【００８５】
図１７Ａに示すようなフリップチップ式取付けは、非フリップチップ式で取り付けられたＬＥＤと比較すると、光抽出を向上させることができる。例えば、炭化ケイ素の基板上に窒化ガリウムの領域を使用する従来のチップでは、ＬＥＤの活性領域の内部で生成された光の約半分が実際に放射される。残りの光は、内部全反射及び／又は吸収損失により、半導体材料の中に閉じ込められる。ダイオード領域から離れた炭化ケイ素の基板の第１の面の表面積が、ダイオード領域に隣接する炭化ケイ素の基板の第２の面よりも小さい構成では、光の抽出を増加させることができる。しかしながら、放射光の大部分は、吸収材料で完全に及び／又は部分的にカバーされるチップ面に入射及び／又はそこを通過して、ＬＥＤのｐ−領域及びｎ−領域とのオーム接触を容易にする。さらに、従来のＬＥＤは光を主に下側に向ける。これにより、ＬＥＤパッケージ内の光学素子からの付加的な反射及び／又はダイ接着剤の材料による損失が引き起こされる。これらの現象は、別の光学的損失の原因になる。
【００８６】
極めて対照的なことに、図１７Ａに示すような本発明の実施形態では、ＡＴＯＮ形状及び／又はダイオード領域１３２０は、取付け支持体２１０に隣接し基板１３１０が取付け支持体２１０から離れているように、取付け支持体２１０にフリップチップ式で取り付けられた、第２の面１３１０ｂに比べて第１の面１３１０ａが小さい他の形状を採用することができる。
【００８７】
さらに、図１７Ａに示すように、ｐ−オーム領域１７４２、反射材１７４４、障壁領域１７４６、及び／又は、結合領域１７４８を含むｐ−接点構造体１７４０を使用することによって、付加的な効率を得ることができる。いくつかの実施形態では、ｐ−オーム領域１７４２は、厚さが約１０Åと約１００Åとの間の、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／プラチナ、チタン、及び／又は、チタン／金などのｐ−オーム金属を含む。いくつかの実施形態では、ｐ−オーム領域１７４２は、表面カバー範囲が約１０％と約１００％との間で、厚さが約２Å〜約１００Åとの間の、連続した又は非連続的なｐ−オーム金属を含みうる。非連続的なｐ−オーム金属については、下側のダイオードの層の伝導率を表面カバー範囲に適合させて、ダイオードの活性領域への電流注入の均一性を向上させる。
【００８８】
さらに図１７Ａを参照すると、銀及び／又はアルミニウムなどの厚い反射材１７４４は、ダイオード領域１３２０の反対側のオーム領域１７４２上にある。別の実施形態では、オーム領域１７４２は、接触抵抗を容易に低くできるほど厚いが、光学的な吸収を十分に減少させる程度に薄くすることができる。オーム領域１７４２の厚さを従来のＡＴＯＮ形チップのオーム金属の厚さの１／２以下にして、２倍の光が接点を通過できるようにする。さらに、結合されたオーム及び反射材領域により、電流拡散機能を想定することができる。このことは、ダイオード領域１３２０の中で生成された光の効率的な光反射を容易にし、同時に電流の拡散を行うために十分に厚くなるように設計することにより可能である。これにより、ダイオード領域１３２０内で生成された光１７２６を、反射材１７４２により基板１３１０の中へと戻るように反射することができる。ダイオード領域内で生成された別の光１７２２は、基板１３１０の中に直接に注入される。さらに別の光１７２４は、基板の斜めの側壁から出射する。
【００８９】
さらに図１７Ａを参照する。フリップチップ式取り付けされたＬＥＤは、金、インジウム、従来のエポキシ材料、真鍮、及び／又は、はんだを含む結合領域１７４８を用いて、適当なはんだ及び／又はニッケル、ニッケル／バナジウム、及び／又は、チタン／タングステンなどのはんだ障壁領域１７４６とダイ接着することができる。半導体の表面上に反射性金属を設けることによって、ヘッダの比較的に粗い表面と比べると反射率が比較的に高い極めて滑らかなミラー面を実現できることは理解されよう。
【００９０】
さらに図１７Ａを参照する。オーム／反射材領域１７３２と、接着領域１７３４と、障壁領域１７３６と、結合領域１７３８とを含むｎ−接点構造体１７３０が使用される。オーム／反射材領域１７３２は、厚さが約１０００Åのアルミニウム及び／又は銀などのｎ−オーム材料を含む。このオーム／反射材領域１７３２は、オーム接点及び反射材層として機能する。反射材領域１７４４と同様の任意の反射材領域を設けることもできる。例えば、約１０００Åのチタンから成る選択的な接着領域１７３４を設けることができる。障壁領域１７３６を設けることもできる。例えば、約１０００Åのプラチナを使用できる。最後に、結合領域１７３８を使用する。例えば、１μm以上の金を使用したり、従来のワイヤボンド１７５０を結合領域１７３８に取り付ける。特定の用途に対しては、１つ以上の領域１７３２、１７３４、１７３６、１７３８を除くか、又は他の領域と結合することができることも理解されよう。
【００９１】
図１７Ａの実施形態に基づいてフリップチップ式で取り付けられたＡＴＯＮチップは、従来の非フリップチップ式のＡＴＯＮ形状と比べて、約１．５倍〜約１．７倍以上の増大された放射束を発生できる。ｐ−電極及び／又はダイ接着剤の材料内での吸収を減らすことができる。表面カバー範囲を減少又は最小にできるｎ−接点構造体１７３０を使用できる。このため、いくつかの実施形態では、電極構造体１７３０が、炭化ケイ素の基板１３１０の第１の面１３１０ａ全体を占有することができる。しかしながら、他の形状の構成は表面カバー範囲を減らす又は最小にするために使用される。
【００９２】
例えば、図１７Ｂに示すように、ｎ−接点構造体１７３０は、第１の面１３１０ａ上の中央部１７３０ａのみを含む。しかしながら、チップの寸法がより大きい場合には、ｎ−接点構造体１７３０のフィンガ１７３０ｂも使用して、別の電流拡散を行う。このため、ｎ−接点構造体１７３０が第１の面１３１０ａの全面積を占める。別の実施形態では、全面積よりも小さいが、１０％より大きい面積が占有される。さらに別の実施形態では、１０％よりも小さい面積が使用される。中央部１７３０ａ及びフィンガ１７３０ｂに対して多くの別の形状の構成を用いることができることも理解されよう。
【００９３】
拡張性を増大できるように、ｎ−接点構造体１７３０を、下側の半導体材料１３１０の伝導率に対して表面カバー範囲及び電流拡散に適合する相互接続されたグリッド構造体とすることができる。ｎ−接点構造体１７３０の表面カバー範囲を減らす、好ましくは最小にして、銀及び／又はアルミニウムの反射材１７３２を採用することにより、完成したｎ−接点構造体１７３０の吸収を減少、好ましくは最小にすることができる。
【００９４】
別の実施形態では、例えばChenらの米国特許第５，９５２，６８１号公報の中で説明されているように、ｎ−電極及びｐ−電極の両方が、チップの側部に形成されることは理解されよう。これにより、ｎ−電極に対するオーム接点内の光の吸収がさらに減少される。
【００９５】
図１７Ａ及び図１７Ｂのフリップチップ式取付け及び／又は接点構造体は、第１の面の面積を縮小した立方体、三角形、ピラミッド形、先端を切り取ったピラミッド形、及び／又は、半球を含む他の基板の形状と共に使用できることも理解されよう。すでに説明したように、溝、バイアホール、及び／又は、他のパターンニング機構の形状の付加的な第１の面のパターンニングを行うこともできる。最後に、すでに説明したように、テクスチャー加工及び／又は粗面加工も使用できる。基板及び／又はダイオード領域の粗面加工を使用できる。このため、意図的に粗面加工及び／又はパターン化したダイオード領域１３２０上に、反射材１７４４を形成する。このランダムな粗面により、光抽出を向上させる及び／又は内部反射を減少させることができる。反射光を指向させる及び／又は光抽出を向上させるために、フレネルレンズなどの特定のパターンを使用することもできる。このパターンによって、反射材１７４４を適用して光学素子を形成することができる。パターンの大きさは、ＬＥＤから放射される光の波長程度である。
【００９６】
図１８は、本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。より具体的に言うと、図１８は、反射材をそのダイオード領域上に含む従来のＡＴＯＮ形ＬＥＤを示す。予期していなかったが、本発明の実施形態に基づいて、反射材を従来のライトサイドアップ形のＡＴＯＮ及び／又は他のＬＥＤのダイオード領域に加えることによって、ダイオード領域の上面に反射材を持たない従来のＡＴＯＮ及び／又は他のＬＥＤと比較すると、約１０％以上の輝度の増加が得られることが判明した。このため、反射材で上面を少なくとも部分的にブロックすることによって、増加した光放射が実際に得られる。
【００９７】
さらに具体的に言うと、図１８を参照すると、これらのＬＥＤ１８００は、本願に記載されたいずれかの実施形態、及び／又は従来のＡＴＯＮ、及び／又は他のＬＥＤ構成に基づいた基板１３１０及びダイオード領域１３２０を含む。従来のＡＴＯＮ及び／又は他の構成に基づいて、ｎ−接点構造体１８１０を設ける。別の方法では、約１０００Åのチタンなどの接着領域１８１２と、約１０００Åのプラチナなどの障壁領域１８１４と、約１μmの金などの結合領域１８１６とを含むｎ−接点構造体１８１０を設ける。接着領域１８１２は、オーム接点としても機能し、別の方法では反射性とすることもできる。
【００９８】
さらに図１８を参照すると、ｐ−接点構造体１８２０が設けてある。このｐ−接点構造体１８２０は、図１７Ａのオーム層１７４２と同様のものとすることができる透明なオーム領域１８３０を含む。図１７Ａの接着層１７３４と類似なものとすることができる接着層１８２６も含める。図１７Ａの障壁層１７３６と同様の障壁層１７２４も含む。図１７Ａの接着領域１７３８と同様の接着領域１８２２と、図１７Ａの線１７５０と同様の線１８４０も含む。さらに、従来のＡＴＯＮ／ＩＴＰオーム接点構造体も設ける。本発明のいくつかの実施形態によれば、ｐ−接点構造体１８２０は中に反射材１８２８を含み、ダイオード領域１３２０を通って基板１３１０の中に光を反射して戻す。この反射材１８２８は、図１７Ａの反射材１７４６と同様である。前述したように、予期していなかったが、ＡＴＯＮ及び／又は他のＬＥＤの上面に反射材１８２８を加えることによって、従来のＡＴＯＮ形ＬＥＤの輝度よりも約１．２倍〜約１．３倍の増加した輝度が得られる。
【００９９】
ここで図１９を参照する。本発明の実施形態によるＬＥＤの製造方法を以下に説明する。図１９のいくつかのブロックが図示の順序とは異なる順序で発生することがあり、いくつかのブロックが逐次的ではなく同時に行われることが理解されよう。
【０１００】
図１９のブロック１９１０を参照すると、ダイオード領域が、炭化ケイ素の基板上に形成される。前述したように、窒化ガリウムのダイオード領域が、炭化ケイ素の基板上に製造されることが好ましい。ブロック１９２０において、図７〜図１２と図１４〜図１５とに関連して説明したように、溝が、切り込み、エッチング、レーザカット、反応イオンエッチング、湿式エッチング及び／又は切断され、及び／又は、反応イオンエッチングが行われて、基板の第１の面上にバイアホールが形成される。ブロック１９２０において、基板上にダイオード領域が製造される前、及び／又は基板上にダイオード領域が製造される後で、溝及び／又はバイアホールが形成されることは理解されよう。
【０１０１】
ここでブロック１９３０を参照すると、例えば、図２〜図５と、図１１〜図１２と、図１６〜図１７とに関連して説明したように、接点構造体が形成される。ブロック１９２０の溝の形成及び／又はバイアホールの反応イオンエッチングの前に、接点構造体を形成できることは理解されよう。
【０１０２】
ここでブロック１９４０を参照すると、さいの目切断が行われて、個々のＬＥＤチップを分離する。ウェハ寸法のＬＥＤが製造されて、ブロック１９３０の電極構造体を形成する前及び／又はブロック１９２０において、溝をのこ引きする（sawing）及び／又は反応イオンエッチングする前にさいの目切断が行われる場合には、さいの目切断を行う必要はないことが理解されよう。
【０１０３】
次に、ブロック１９５０を参照すると、例えば、図２〜図５と、図１１〜図１２と、図１６〜図１７とに関連して説明したように、例えば、はんだプリフォーム及び／又は他の結合技術を用いて、ダイオードは取付け支持体に結合される。そして、ブロック１９６０において、図２〜図３と図１６とに示したように、ダイオードは、例えばプラスチックのドーム内にパッケージ化される。抽出効率が高いＬＥＤを効率的に製造することができる。
【０１０４】
図面及び明細書の中において、本発明の典型的な好ましい実施形態を開示してきた。特定の用語が使用されるが、それらの用語は一般的で説明のためのみに使用されたものであり、限定する目的で使用したのではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲において述べる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図２】本発明の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図３】本発明の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図４】本発明の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図５】本発明の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図６】様々なドーピングレベルにおける炭化ケイ素の光吸収対波長を図表で示す図である。
【図７Ａ】本発明の別の実施形態による発光ダイオードの平面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの線７Ｂ−７Ｂ’に沿った断面図である。
【図７Ｃ】図７Ａの線７Ｂ−７Ｂ’に沿った断面図である。
【図８Ａ】本発明の別の実施形態による発光ダイオードの平面図である。
【図８Ｂ】図８Ａの線８Ｂ−８Ｂ’に沿った断面図である。
【図８Ｃ】図８Ａの線８Ｂ−８Ｂ’に沿った断面図である。
【図９】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１１】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１３】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１４Ａ】図１４Ｂの線１４Ａ−１４Ａ’に沿って切り取った断面図である。
【図１４Ｂ】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの底面図である。
【図１５Ａ】図１５Ｂの線１５Ａ−１５Ａ’に沿って切り取った断面図である。
【図１５Ｂ】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの底面図である。
【図１６】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１７Ａ】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１７Ｂ】本発明の実施形態による図１７Ａの平面図である。
【図１８】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１９】本発明の実施形態による発光ダイオードを製造する方法を説明するフローチャートである。
【０００１】
［仮出願の相互参照］
本出願は、２００１年２月１日に出願した「Light Emitting Diode With Optically Transparent Silicon Carbide Substrate」という題名の仮の米国特許出願第６０／２６５，７０７号と、２００１年７月２３日に出願した「Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor」という題名の仮の米国特許出願第６０／３０７，２３５号とに対する利点を請求する。これら両方の特許の開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、マイクロ電子デバイス及びその製造方法に関し、より詳細には、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」とよぶ）及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオードは、民生用及び工業用の用途に広く使用されている。当業者にはよく知られているように、発光ダイオードは、一般に、マイクロ電子基板上にダイオード領域を含む。このマイクロ電子基板は、例えば、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、その合金、炭化ケイ素、及び／又は、サファイアを含む。ＬＥＤにおける継続した開発の結果、可視スペクトル以上をカバーすることができる効率が高く機械的に強固な光源がもたらされてきている。これらの特質は、固体デバイスの耐用年数が潜在的に長いことに加えて、各種の新しい表示用途を可能にすると共に、かなり確立された白熱灯及び蛍光灯に競合する地位をＬＥＤにもたらした。
【０００４】
ＬＥＤの効率の１つの尺度は、ルーメン（lumen）当たりの費用である。このＬＥＤに対するルーメン当たりの費用は、ＬＥＤチップ当たりの製造費用と、ＬＥＤ材料の内部量子効率と、デバイスから生成された光を結合又は抽出する能力との関数である。光抽出問題の概要は、Stringfellowらの１９９７年にAcademic Pressから発行された「High Brightness Light Emitting Diodes」という題名の教本、特に、第２章ページ４７〜６３のCrafordによる「Overview of Device Issues in High-Brightness Light Emitting Diodes」という題名の中に見出すことができる。
【０００５】
光抽出は、例えば、ダイオード領域及び基板を製造するために使用される材料に基づいた多くの方法で実現されている。例えば、ヒ化ガリウム及びリン化ガリウムの材料システムでは、厚いｐ型の上側のウィンドウ層を光抽出用に使用できる。ヒ化ガリウム／リン化ガリウムの材料システムの中では、液相及び／又は気相エピタキシーを用いて高いエピタキシャル成長速度が可能であるため、このｐ型のウィンドウ層を成長させることができる。さらに、ｐ型の上側ウィンドウ層が導電性であるため、電流拡散を行うことができる。エッチング速度及びエッチング選択性が高い化学エッチングを用いて、光学的な吸収物質である場合、基板の少なくとも一部を取り除くことができる。分散されたブラッグ反射材も、放射領域及び吸収領域を分離するために、吸収物質とダイオード領域との間に成長される。
【０００６】
光を抽出する他の方式は、ダイオード領域及び／又は基板の機械的な成形加工又はテキスチャリング（texturing）を含む。しかしながら、抽出効率をさらに改良することができる他の光抽出技術を提供することが望ましい。さらに、ＬＥＤチップの面積を約０．１ｍｍ2からより大きな面積に増加して、これにより一層大きなＬＥＤを提供することが望ましい。残念なことに、チップの寸法がより高い電力／輝度、及び／又は、他の用途のために拡大されるため、これらの成形技術の有効性を維持することができない。
【０００７】
多くの開発の関心及び商業活動は、最近は、炭化ケイ素の中又は上に製造されるＬＥＤに絞られてきている。その理由は、これらのＬＥＤは、可視スペクトルの青／緑の部分における光を放射することができるからである。例えば、本願の譲受人に譲渡された「Blue Light-Emitting Diode With High External Quantum Efficiency」という題名の、Edmondらへの米国特許第５，４１６，３４２号公報を参照されたい。その開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。炭化ケイ素の基板上に窒化ガリウムベースのダイオード領域を含むＬＥＤにも、これらのデバイスが高い効率で光を放射するため、多くの関心が寄せられている。例えば、「Pendeoepitaxial Gallium Nitride Semiconductor Layers On Silicon Carbide Substrates」という題名のLinthicumらへの米国特許第６，１７７，６８８号を参照されたい。この特許の開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【０００８】
そのような炭化ケイ素のＬＥＤ又は炭化ケイ素上の窒化ガリウムのＬＥＤでは、光を抽出するために従来の技術を使用することは困難である。例えば、厚いｐ型のウィンドウ層を使用することは、窒化ガリウムの成長速度が比較的に遅いために難しい。また、そのようなＬＥＤは、ブラッグ反射材及び／又は基板除去技術を使用できる利点があるが、基板と窒化ガリウムのダイオード領域との間に反射材を製造すること、及び／又は、炭化ケイ素の基板の少なくとも一部をエッチングで取り除くことは困難である。
【０００９】
本願の譲受人に譲渡された、Edmondへの「Method of Production of Light Emitting Diodes」という題名の米国特許第４，９６６，８６２号公報は、半導体材料の単一基板上に複数の発光ダイオードを設ける方法を説明している。その開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。この方法は、基板が同じ半導体材料のエピタキシャル層を含む構造体に使用され、この半導体材料は、今度は、間にｐ−ｎ接合を形成するｐ型及びｎ型の材料の層を含む。エピタキシャル層及び基板は、個々のダイオードのプリカーサー（precursor）を形成し、各ダイオードのプリカーサー内に互いにｐ−ｎ接合を描写するメサをエピタキシャル層内に形成するほど十分に深く、所定のパターン内でエッチングされる。そして、基板はエピタキシャル層の側部及びメサの間から所定の深さまで溝が付けられて、基板の機械的な安定性を維持するために溝の下側の基板を十分に保持しながら、基板内のダイオードのプリカーサーの側部を形成する。オーム接点がエピタキシャル層及び基板に加えられて、絶縁材料の層がダイオードのプリカーサー上に形成される。この結果として生じた絶縁層は、オーム接点によってカバーされないエピタキシャル層の部分と、メサに隣接する基板の１つの表面部分と、基板の側部とをカバーする。この結果、各ダイオードの基板の接合部及び側部は、オーム接点を通る接触以外の電気的接触から絶縁される。ダイオードが切り離される場合には、導電性のエポキシが結果として生じたダイオードと短絡することを心配せずに、これらのダイオードを従来の方法でエポキシ内の接合側に取り付けることができる。これは、米国特許第４，９６６，８６２号の要約を参照されたい。
【００１０】
本発明の譲受人に譲渡された、Carter, Jr.への「High Efficiency Light Emitting Diodes From Bipolar Gallium Nitride」という題名の米国特許第５，２１０，０５１号公報は、ドナー濃度が７×１０17ｃｍ3以下の固有でほぼ未ドープの単結晶の窒化ガリウムを成長する方法を開示している。その開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。この方法は、成長面を含む反応チャンバの中に窒素のソースを取り入れる工程と、同時にガリウムのソースを同じ反応チャンバ内に取り入れる工程と、窒素原子及びガリウム原子を上に窒化ガリウムが成長する成長面に向ける工程とを含む。この方法は、成長面に当たって適当な格子サイト（lattice site）の中に到達及び移動するガリウム及び窒素の原子に対して十分な表面移動性を与えて、これにより良好な結晶性を実現し、有効なスティッキング係数（sticking coefficient）を実現し、成長面上に窒化ガリウムのエピタキシャル層を成長させるために十分高い温度であるが、反応チャンバ内の窒素種の分圧が他の周囲条件のもとで窒化ガリウム上のこれらの窒素種の平衡蒸気圧に達し、これにより、結果として生ずるエピタキシャル層内の窒化ガリウム及び窒素の空位からの窒素の損失を最小にするためには十分に低い温度で成長面を同時に維持する工程をさらに含む。このことは、米国特許第５，２１０，０５１号公報の要約を参照されたい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の説明を考慮すると、改良された光抽出技術はＬＥＤに対して、特に、炭化ケイ素から製造された、炭化ケイ素上の窒化ガリウムから製造された、及び／又は、比較的に大きな面積を有するＬＥＤに対して望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態による発光ダイオードは、第１及び第２の対向する面を有する基板を含む。この基板は、所定の波長範囲の光放射に対しては透明であり、断面では、第１の面から第２の面に向かって基板の中に延びる複数のペデスタル（pedestals）を形成するようにパターン化されている。本願で使用する「透明な（transparent）」という用語は、所定の波長範囲のいくつか又は全ての光放射が中を追加できる、すなわち不透明でない基板、層又は領域などの要素を指す。第２の面上のダイオード領域は、電圧がダイオード領域にわたって印加されると、所定の波長範囲の光を基板内に放射するように構成される。別の実施形態では、ダイオード領域上の基板の反対側の取付け支持体は、電圧がダイオード領域にわたって印加されると、ダイオード領域から基板の中に放射される光が第１の面から放出されるように、ダイオード領域を支持するように構成される。いくつかの実施形態では、ペデスタルを有する透明な基板上の発光ダイオードは、基板を通して光を放射するために、ダイオード領域を取付け支持体に隣接し基板を取付け支持体の反対側で、取付け支持体に反転取り付けされる。別の実施形態では、ペデスタルを有する透明な基板上の発光ダイオードは、基板が取付け支持体に隣接し、ダイオード領域が取付け支持体の反対側になるようにして、取付け支持体に取り付けられる。このように、非フリップチップ取付けも提供される。
【００１３】
本発明のさらに別の実施形態では、取付け支持体とダイオード領域又は基板との間に反射材が設けられる。この反射材は、ダイオード領域に対して電圧が印加されると、ダイオード領域から逆にダイオード領域を通り、基板を通過しペデスタルから放射される光を反射するように構成される。別の実施形態では、ダイオード領域と反射材との間に透明な電極も設けられる。さらに別の実施形態では、はんだのプリフォーム（preform）及び／又は他のボンディング領域が反射材と取付け支持体との間に設けられ、及び／又は、ウィンドウ又はレンズのような光学素子がダイオード領域の反対側の第１の面に隣接して設けられる。さらに別の実施形態では、ダイオード領域は、周辺部とこの周辺部によって囲まれた少なくとも１つの中央部とを含み、発光ダイオードは、この少なくとも１つの中央部の中に閉じ込められて、周辺部上には延びない少なくとも１つの電極をダイオード領域上にさらに含む。中央部はダイオード領域の中心に位置する必要がないことは理解されよう。
【００１４】
本発明の他の実施形態では、ＬＥＤの基板及び／又はダイオード領域用の接点構造体は、透明なオーム領域と反射材と障壁領域とボンディング領域とを含む。この透明なオーム領域は、電気的接触及び／又は電流波及（current spreading、または、電流拡がり）を提供する。反射材は少なくともいくらかの入射光を反射すると共に、電流波及を行う。障壁領域は反射材及び／又はオーム領域を保護する。ボンディング領域は、ＬＥＤのパッケージを取付け支持体に結合する。いくつかの実施形態では、透明なオーム領域と反射材との機能性を、１つのオーム・反射材領域の中に結合させることができる。本発明のこれらの実施形態による接点構造体は、従来の炭化ケイ素のＬＥＤ、炭化ケイ素のＬＥＤ上の窒化ガリウム、及び／又は、他のＬＥＤと共に使用することもできる。
【００１５】
本発明のさらに別の実施形態では、基板の第１の面は、三角形のペデスタル等の複数のペデスタルを基板の中に形成する少なくとも１つの溝を基板の第１の面内に含む。これらの溝は、テーパ付きの側壁及び／又は傾斜が付いた床面を含む。基板の第１及び第２の面は、正方形の周辺部を有し、及び／又は、基板の第１の面はテクスチャー加工される。発光ダイオードは、ダイオード領域上に複数の放射領域及び／又は電極をさらに含む。各放射領域及び／又は電極は、それぞれのペデスタルの中に閉じ込められて、このそれぞれのペデスタルを超えて延長することはない。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態では、基板の第１の面は、バイアホール（via hole）のアレイを基板の第１の面内に含む。これらのバイアホールは、テーパ付きの側壁及び／又は床面を含む。バイアホールは、基板を通る一部の通路のみに延びることが好ましいが、別の実施形態では、基板を通る全ての通路に延びることができる。第１及び第２の基板面は、正方形の周辺部を有し、及び／又は第１の面はテクスチャー加工される。この発光ダイオードは、バイアホールのアレイに重ならないダイオード領域上にさらに少なくとも１つの電極を含む。
【００１７】
ペデスタル及び／又はバイアホールのアレイを炭化ケイ素の基板又は炭化ケイ素でない基板を含む発光ダイオードと共に使用して、そこからの光抽出を改良することもできる。さらに、前述した電極は、炭化ケイ素でない基板を含む発光ダイオードと共に使用することもできる。例えば、基板の第１の面の表面積が第２の面よりも小さく、ダイオード領域が第２の面上にある場合には、放射領域は第１の面の小さい表面積内に限定されるダイオード領域上に設けられる。
【００１８】
本発明の別の実施形態では、第１及び第２の対向する面と、ダイオード領域に対して電圧が印加されると光を基板の中に放射するように構成された、第２の面上の窒化ガリウムベースのダイオード領域を有する補償された無色の炭化ケイ素の基板とを含む。取付け支持体、反射材、接点構造体、溝、ペデスタル、テクスチャー加工、及び／又は、限定された放射領域又は電極が、前述したいくつかの実施形態に基づいて設けられる。
【００１９】
このため、多くの前述した実施形態は、ダイオード領域が基板の中に放射した少なくとも一部の光を基板から抽出する手段の実施形態を含む。これらの抽出する手段の実施形態は、無色の炭化ケイ素基板を提供するために炭化ケイ素基板の中のドーパントを補正する工程、断面において第１の面から第２の面に向かって基板の中に延びる複数のペデスタルを定義するために基板をパターン化する工程、及び／又は、前述した他の多くの実施形態である、取付け支持体、反射材、接点構造体、溝、ペデスタル、テクスチャー加工、及び／又は限定された放射領域又は電極を含む。
【００２０】
発光ダイオードは、本発明のいくつかの実施形態に基づいて、第１及び第２の対向する面を有する基板の第２の面上で所定の波長範囲の光を放射するように構成され、この所定の波長範囲の光放射に対して透明なダイオード領域を形成することによって製造することができる。この基板は、ダイオード領域を形成する前、形成する間、及び／又は、形成した後にパターン化されて、断面では第１の面から第２の面に向かって基板の中に延びる複数のペデスタルを形成する。他の実施形態では、ダイオード領域を支持するように構成された取付け基板上にダイオード領域を実装して、電圧をダイオード領域に印加すると、ダイオード領域から基板の中に放射される光が第１の面から放射される。実装する工程は、ダイオード領域上に反射材を形成する工程の前に行われて、ダイオード領域に対して電圧が印加されると、ダイオード領域から基板を通ってダイオード領域に戻り第１の面から放射される光を反射するように反射材が構成される。反射材を形成する前に、透明なオーム接点も基板の反対側のダイオード領域上に形成される。反射材を形成した後に、障壁領域及び／又は接着領域も形成される。別の実施形態では、取付け支持体が、障壁領域及び／又は接着領域の間の反射材に隣接して配置され、ＬＥＤが取付け支持体に結合される。さらに別の実施形態では、電極がダイオード領域上に形成される。この電極は、ダイオード領域の中央部の中に限定され、その周辺部には延びない。
【００２１】
他の方法の実施形態は、基板の第１の面内に複数の交差する溝を形成する工程を含み、三角形のペデスタルなどの複数のペデスタルを基板の中に形成する。これらの溝は、テーパ付きの側壁及び／又は傾斜が付いた床面を含む。基板の第１の面をテクスチャー加工しても良い。複数の電極もダイオード領域上に形成される。いくつかの実施形態では、それぞれの電極は、それぞれのペデスタルの中に限定され、それぞれのペデスタルを超えて延びない。
【００２２】
本発明によるさらに別の方法の実施形態は、基板の第１の面内のバイアホールのアレイを反応イオンエッチングする工程を含む。これらのバイアホールは、テーパ付きの側壁及び／又は床面を含む。第１の面はテクスチャー加工される。電極は、バイアホールのアレイに重ならないダイオード領域上に形成される。
【００２３】
複数の交差する溝を形成する工程、及び／又は第１の面内にバイアホールのアレイを反応エッチングする工程を、炭化ケイ素の基板又は炭化ケイ素を含まない基板から成る発光ダイオードに対して使用して、そこからの光抽出を改良することができる。さらに、第１の面の小さい表面積内に限定されたダイオード領域上の放射領域の形成を、他の従来の発光ダイオードに使用して、そこからの光抽出を改良することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の好ましい実施形態が示されている添付の図面を参照しながら、本発明を以下のようにより完全に説明する。しかしながら、本発明は多くの異なった形態で具体化することができるが、本願に記載された実施形態に限定されると解釈してはならない。むしろ、この開示が詳細で完全であり、また発明の範囲を当業者に十分に伝えるように、これらの実施形態が提供される。図面では、層及び領域の厚さは明快にするため誇張されている。全体を通して、同じ番号は同様の素子を指している。層、領域又は基板等のあるエレメントが別のエレメントの「上に」ある又は他のエレメントの「上に」延びると言われる場合には、そのエレメントは、別のエレメントの直接上にあるか若しくは直接上に延びる、又は介在するエレメントが存在する場合もあることが理解されよう。その一方で、あるエレメントが別のエレメントの「直接上に」ある又は「直接上に」延びると言われる場合には、介在するエレメントは存在しない。さらに、本願で説明されて図示された各実施形態は、その相補的な導電型の実施形態も同様に含むものである。
【００２５】
ここで本発明の実施形態は、全体的に、炭化ケイ素ベースの基板上の窒化ガリウムベースの発光ダイオードに関連して説明される。しかしながら、本発明の多くの実施形態が放射光を吸収しない、すなわち、透明な基板と発光ダイオードのエピタキシャル層に適合した係数との任意の組み合わせを用いて採用されることが当業者は理解されよう。いくつかの実施形態では、基板の屈折率はダイオードのそれよりも大きい。このため、組み合わせには、ＧａＰ基板上のＡｌＧａＩｎＰダイオード、ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＡｓダイオード、ＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓダイオード、ＳｉＣ基板上のＳｉＣダイオード、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板上のＳｉＣダイオード、及び／又は、窒化ガリウム、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛及び／又は他の基板上の窒化物ベースのダイオードが含まれる。
【００２６】
図１は、本発明のいくつかの実施形態による発光ダイオードの断面図である。図１に示すように、これらの発光ダイオード１００は、第１及び第２の対向する面１１０ａ及び１１ｂを有し、所定の波長範囲の光放射に対して透明な炭化ケイ素の基板１１０を含む。ダイオード領域１７０は第２の面１１０ｂ上にあり、電圧がダイオード領域に対して、例えば、オーム接点１５０及び１６０に対して加えられると、所定の波長範囲の光放射に対して透明な炭化ケイ素の基板１１０内に所定の波長範囲の光を放射するように構成される。
【００２７】
さらに図１を参照すると、ダイオード領域１７０は、ｎ型層１２０と、活性領域１３０と、ｐ型層１４０とを含む。オーム接点１５０及び１６０は、ｐ型層１４０及びｎ型層１２０にそれぞれ設けられ、陽極及び陰極をそれぞれ形成する。ｎ型層１２０、活性領域１３０、及び／又はｐ型層１４０を含むダイオード領域１７０は、窒化ガリウムベースの半導体層から構成することが好ましい。これらの半導体層は、窒化インジウムガリウム、及び／又は、窒化アルミニウムインジウムガリウムなどの窒化ガリウムの合金を含む。炭化ケイ素上に窒化ガリウムを製造する方法は当業者にはよく知られており、例えば、上述の本明細書の一部をなすものとする米国特許第６，１７７，６８８号公報の中で説明されている。例えば、米国特許第５，３９３，９９３号公報と、米国特許第５，５２３，５８９号公報と、米国特許第６，１７７，６８８号公報と、「Vertical Geometry InGaN Light Emitting Diode」という題名の米国特許出願第０９／１５４，３６３号の中に説明されているように、例えば窒化アルミニウムから成るバッファ層をｎ型の窒化ガリウム層１２０と炭化ケイ素の基板１１０との間に設けることができることも理解されよう。それらの開示内容は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【００２８】
活性領域１３０は、ｎ型若しくはｐ型の単一の層又は本質的な窒化ガリウムベースの材料、別のホモ構造（homostructure）、単一のヘテロ構造、二重ヘテロ構造、及び／又は、量子井戸構造から構成する。それらの全ては当業者にはよく知られている。さらに、この活性領域１３０は、１つ以上のクラッド層によって囲まれた光放射層を含む。ｎ型の窒化ガリウム層１２０がシリコンをドープした窒化ガリウムから成り、一方、ｐ型の窒化ガリウム層１４０がマグネシウムをドープした窒化ガリウムから構成することが好ましい。その上、活性領域１３０は、少なくとも１つの窒化インジウムガリウムの量子井戸を含むことが好ましい。
【００２９】
いくつかの実施形態では、ｐ型の窒化ガリウム層１４０用のオーム接点１５０は、プラチナ、ニッケル、及び／又は、チタン若しくは金を含む。別の実施形態では、例えば、アルミニウム及び／又は銀から構成する反射形オーム接点を使用する。ｎ型の窒化ガリウム１２０用のオーム接点１６０は、アルミニウム及び／又はチタンから構成することが好ましい。ｐ型の窒化ガリウム及びｎ型の窒化ガリウムに対してオーム接点を形成する他の適当な材料を、それぞれオーム接点１５０及び１６０に使用することができる。ｎ型の窒化ガリウム及びｐ型の窒化ガリウムに対するオーム接点の実施例は、例えば、米国特許第５，７６７，５８１号公報の中で示されている。その開示内容は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【００３０】
さらに図１を参照する。いくつかの実施形態では、基板１１０は、所定の波長範囲の光放射に対して透明な炭化ケイ素の基板を含む。所定の波長範囲の光放射に対して透明な炭化ケイ素の基板を製造する１つの技術は、本発明の譲受人に譲渡された、米国特許第５，７１８，７６０号公報の中で説明されている。その開示内容は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。炭化ケイ素の基板１１０は、２Ｈ、４Ｈ、６Ｈ、８Ｈ、１５Ｒ、及び／又は、３Ｃのポリタイプを含む。６Ｈ及び／又は４Ｈのポリタイプは、オプトエレクトロニクスの用途には好ましい。
【００３１】
別の実施形態では、炭化ケイ素の基板１１０は、上記の米国特許第５，７１８，７６０号公報の中で説明されているように、補償された無色の炭化ケイ素の基板である。この特許で説明されているように、無色の炭化ケイ素は、補償された量のｐ型及びｎ型のドーパントが存在する中で炭化ケイ素を昇華することによって製造される。自然に生じる炭化ケイ素は、一般に、不純物レベルが高いために黒である。従来のマイクロエレクトロニクス用炭化ケイ素のウェハの色は、結晶内の制御されたドーピングレベルにより、半透明の青、琥珀色、又は緑となる。米国特許第５，７１８，７６０号公報の中で説明されているように、補償されたレベルのｎ型及びｐ型のドーパントを用いて炭化ケイ素の結晶のドーピングを低いドーピング濃度に注意深く制御することによって、無色の単結晶の炭化ケイ素が得られることが判明している。特に、材料内の意図しない窒素（ｎ型）のドーピングを減らして、好ましくは最小にして、補償されたｐ型ドーパントのレベルを低くし、これにより無色の単結晶を作ることが望ましい。
【００３２】
図６に示すように、４Ｈ−ＳｉＣは、約４６０ｎｍに吸収ピークがあることにより特徴付けられる。図６は、吸収ピークを著しく減らすことができる４Ｈ−ＳｉＣ内のドーピングレベルを低下させることによって、４Ｈ−ＳｉＣが約４６０ｎｍで透明になることを示している。４Ｈ−ＨＤと記された曲線は、約２．５×１０18の正味のドナー濃度でドープされた４Ｈ炭化ケイ素に対する測定された吸収値を示し、一方、４Ｈ−ＬＤと記された曲線は、約５×１０17の正味のドナー濃度でドープされた４Ｈ炭化ケイ素に対する測定された吸収値を示す。ドーピングレベルをさらに減らすと、結果として吸収レベルがさらに低くなる。また、６Ｈと記された曲線は、約４６０ｎｍにおける透明な基板を示す。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態によると、例えば、米国特許第５，７１８，７６０号公報とその中に引用された参考文献の中で説明された工程とに基づいて成長された炭化ケイ素の無色の素材は、加工するためにウェハに切断される。窒化ガリウムベースのエピタキシャル層を、例えば、米国特許第６，１７７，６８８公報号の中で説明されたように、これらのウェハ上に形成することができ、次に、これらのウェハを、図１に示したような構造体を作るために処理することができる。
【００３４】
炭化ケイ素の基板を有するＬＥＤでは、多くの理由のために、活性領域で発生した光が基板に入らないようにすることが以前は好ましかった。例えば、炭化ケイ素はヒ化ガリウムと比較すると透明性が高いが、従来の炭化ケイ素の基板は、可視スペクトルの部分の光をいくらか吸収してしまう。さらに、従来の炭化ケイ素のデバイス（device）は下向きに基板に取り付けられる縦形のデバイスであるため、基板に入射するいくらかの光は、デバイスから抽出される前に基板を通して反射して戻されることがあり、このため、基板内の吸収損失が増加する。反射損失は、デバイスの全体的な効率も減少させる。
【００３５】
窒化ガリウム及び炭化ケイ素の屈折率は同様である。特に、窒化ガリウムの屈折率は約２．５であり、一方、炭化ケイ素の屈折率は約２．６〜２．７である。その意味で、窒化ガリウム及び炭化ケイ素は光学的に適合すると言われる。このため、窒化ガリウムと炭化ケイ素との間の境界では、極めて僅かな内部反射しか発生しない。その結果、窒化ガリウムベースの基板内で発生した光が炭化ケイ素の基板内を通過しないようにすることは困難である。
【００３６】
例えば、米国特許第５，７１８，７６０号公報の中で説明された方法に基づいて成長された、補償された無色の炭化ケイ素の基板を設けることによって、炭化ケイ素の基板内の可視光の吸収を減少させることができる。当業者にはよく知られているように、いわゆる「ビーダマン効果（Biedermann Effect）」により、ドーピングが増加するにつれて吸収損失が増加する。このため、基板からの可視光の抽出はドーピングが減ると、好ましくは最小になると向上され、これにより、デバイスの全体的な効率が改良される。炭化ケイ素とは対照的に、サファイアの屈折率は約１．８である。このため、サファイアベースの窒化ガリウムのＬＥＤでは、窒化ガリウムの活性層内で発生した大部分の光は基板の中を通過しないが、基板から反射されてしまう。
【００３７】
本発明の別の実施形態では、炭化ケイ素基板のドーピングは、デバイスのダイオード領域１７０内で発生した波長範囲の光が基板１１０では吸収されないが、他の波長は吸収されるように制御される。従って、炭化ケイ素基板の吸収特性は、光の望ましい波長を通過するように調整される。例えば、活性領域１３０は、４５０ｎｍ近傍の青色光を放射するように設計される。炭化ケイ素基板１１０のドーピングは、波長が約４５０ｎｍの光線が基板１１０によってほとんど吸収されないように制御される。このため、この基板は、完全に無色ではなく、また他の波長を吸収するが、それでもなお、この基板は、関心のある波長すなわちＬＥＤ領域１７０内で発生した波長に対しては透明である。好ましい実施形態では、炭化ケイ素基板１１０のバンドギャップ及び／又はドーピングは、基板が約３９０〜５５０ｎｍの範囲内の光に対して透明であるように制御される。
【００３８】
従って、いくつかの実施形態では、基板１１０は、デバイスが出力する光のスペクトルの純度を改良するフィルタと考えることができる。例えば、窒化ガリウムベースの青色ＬＥＤは、望ましい放射の他に紫外（以下、「ＵＶ」とよぶ）スペクトルの不要な放射を発生することは、当業者にはよく知られている。そのようなＵＶ放射は、ＬＥＤが実装されるプラスチック材料を劣化する可能性があり、結果として信頼性の問題及び／又は寿命を短くすることにつながるため、パワーレベルが適度に低い場合であっても望ましくない。６Ｈ炭化ケイ素がＵＶ光を吸収することもよく知られている。従って、不要なＵＶ放射をフィルタで除去する６Ｈ炭化ケイ素基板を通して光を抽出することが好ましい。
【００３９】
従来は多くの方法で行ったように、光が基板に入射することを阻止又は抑制する代わりに、本発明の実施形態はダイオード領域１７０の中で発生した光が基板１１０の中に入射するように仕向けることができる。この基板１１０の中で、光を最も効率的に抽出することができる。このため、本発明のいくつかの実施形態は、ダイオード領域により基板の中に放射された光の少なくともいくらかを基板から抽出する手段を提供することができる。このため、本発明のいくつかの実施形態は、図２に関連してこれから説明するような、いわゆる「フリップチップ（flip-chip）」すなわち「アップサイドダウン(upside-down)」式のパッケージング構成の中で使用する場合に特に好都合である。本発明の実施形態は、図６に関連して説明するような、従来の「ライトサイドアップ（right-side-up）」又は「ノンフリップチップ（non-flip-chip）」パッケージングと共に使用することもできる。
【００４０】
ここで図２を参照すると、本発明の実施形態による発光ダイオードの別の実施形態が示されている。図２では、結合領域２２０及び２３０を用いて、ヒートシンクのような取付け支持体２１０の上にフリップチップ式にすなわち上下逆に取り付けられた発光ダイオード２００が示されている。これらの結合領域２２０及び２３０は、はんだのプリフォームを含む。はんだのプリフォームは、ダイオード領域及び／又は取付け支持体２１０に取り付けられ、従来のはんだリフロー技術を用いて、オーム接点１５０及び１６０を取付け支持体２１０に取り付けるために再流動することができる。別の結合領域２２０及び２３０は、金、インジウム、及び／又は、真鍮から構成する。さらに図２に示すように、フリップチップすなわちアップサイドダウン式のパッケージング構成では、炭化ケイ素の基板１１０は取付け支持体２１０から離して上側に配置され、ダイオード領域１７０は取付け支持体２１０に隣接して下側に配置される。障壁領域（図示せず）は、それぞれのオーム接点１５０、１６０とそれぞれの溶解領域２２０、２３０との間に含まれる。この障壁領域は、ニッケル、ニッケル／バナジウム、及び／又は、チタン／タングステンを含みうる。他の障壁領域も使用することができる。
【００４１】
さらに図２を参照する。活性領域１３０の中で生成された光線２５０で示す光は、基板１１０に入射し、基板１１０の第１の面１１０ａからデバイスを出射する。活性領域１３０の中で生成された光が基板１１０に入射するように、反射材２４０を設ける。この反射材２４０は、活性領域１３０と取付け支持体２１０との間に、基板１１０に対向して配置される。反射材２４０は、図２に示すように、活性領域１３０とｐ型層１４０との間に配置することもできる。しかしながら、１つ以上の介在層が反射材２４０と活性領域１３０及び／又はｐ型層１４０との間にあっても良い。さらに、反射材２４０と活性領域１３０との間にｐ型層１４０を配置できる。例えば、後に示す図１６に関連して説明するが、他の構成にすることもできる。
【００４２】
反射材２４０は、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）の層及び／又は活性領域１３０から後方の基板１１０に向かって光を反射できる分散形ブラッグ反射材を含みうる。ブラッグ反射材の設計及び製造は当業者にはよく知られており、例えば、米国特許第６，０４５，４６５号公報の中で説明されている。その開示内容は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。反射材が活性領域１３０自体からの光子放射のパターンを変えて、これにより、より多くの光子をデバイスから放射させることができるも理解されよう。他の従来の反射材の構造も使用できる。
【００４３】
さらに図２を参照すると、活性領域１３０内で生成された光が、最初は基板１１０から離れる方向に移動するが、どのように反射材２４０によって基板を通りデバイス２００から出射するように後方に反射されるかを図示するために、典型的な光線２５０が示されている。図２に示したフリップチップ構成では、光線２５０は、デバイスから出射する前に１回基板１１０を通過する必要があるだけであることに注意されたい。
【００４４】
本発明の実施形態によるＬＥＤ２００は、光放射用のレンズ２８２のような光学素子を含む従来のドーム構造体２８０の中にパッケージ化される。ドーム２８０全体が光学素子として機能する。アノード用リード２６０とカソード用リード２７０とを外部接続用にも設けている。ドーム構造体２８０は、プラスチック、ガラス、及び／又は、他の材料を含み、シリコンのゲル及び／又は他の材料をその中に含む。
【００４５】
ここで図３を参照する。炭化ケイ素の基板１１０の第１の面１１０ａ上にカソード用オーム接点１６０’を設け、第１の面１１０ａ上のカソード用オーム接点１６０’と外部のカソード用リード２７０との間に線３９０又は他の電気的接続体を設けることにより、縦形の発光ダイオード３００がフリップチップ構成の中にパッケージ化される。例えば、下記の図１６に関連して説明するように、非フリップチップ構成を設けることもできる。
【００４６】
図４は、本発明の実施形態による他のＬＥＤを図示する。これらのＬＥＤ４００では、アノード接点は、薄い透明なオーム接点４１２及び反射材４１４を始めとする複数の層から成るオーム・反射領域４１０を含む。この薄い透明なオーム接点４１２は、プラチナを含み、好ましくは、光がかなり吸収されることを避けるためにできるだけ薄くする必要がある。薄い透明なオーム接点４１２の厚さは、プラチナの透明な電極４１２用に約１０Åと約１００Åとの間であることが好ましい。他の実施形態では、薄い透明なオーム接点４１２は、約１０Åと約１００Åとの間の厚さを有する、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／プラチナ、チタン、及び／又は、チタン／金を含む。反射材４１４は、約３００Åよりも薄いことが好ましく、アルミニウム及び／又は銀を含むことが好ましい。図４の実施形態は、反射材４１４が薄い透明なオーム接点４１２の全表面積にわたって薄い透明なオーム接点４１２と接触するため、電流の拡散を改良することができる。このため、従来のデバイスの場合のように、電流はアノード接点４１０を通って横方向に移動する必要はない。電流の拡散はこのように向上される。図２及び図３に示すように図４のデバイス４００をパッケージ化することもできる。例えば、図１６及び図１７に関連して後に詳細に説明するように、他の接点構造を使用することもできる。例えば、ニッケル、ニッケル／バナジウム、及び／又は、チタン／タングステンを含む障壁領域１５５を、反射材４１４と結合領域２２０との間、及び、オーム接点１６０と結合領域２３０との間に設けることができる。
【００４７】
本発明の他の実施形態によるＬＥＤを図５に示す。ＬＥＤ５００のこれらの実施形態は、基板１１０’の少なくともいくつかの側壁１１０ｃを傾斜させる、すなわち斜めにすることによって、ＬＥＤからの光の抽出を向上させることができる。傾斜した側壁１１０ｃに当たる光の入射角は、一般に、傾斜しない場合よりも直角に近いので、基板１１０’に反射されて戻る光は少ない。このため、デバイス全体の効率を向上させることができる光を基板１１０’から抽出できることになる。例えば、従来の方法を用いて、基板１１０’の側壁１１０ｃ及び／又は第１の面１１０ａを粗くする又は織り目を付けることによって、抽出効率をさらに向上させることができる。
【００４８】
従って、本発明のいくつかの実施形態による発光ダイオードは、基板と窒化ガリウムベースのダイオード領域とを含む。この基板は、所定の放射範囲に対して、好ましくは昇華によって製造された単結晶の透明な炭化ケイ素から構成する。基板の厚さは、約１００μmと約１０００μmとの間である。基板からの光の抽出を増加することによって、ダイオードの外部的効率を向上させることができる。本発明のいくつかの実施形態では、ダイオードは、ダイオード領域の中で生成された光を反射して基板へと戻し、デバイスから取り出すための反射材を含む。この反射材は、基板に対向する活性領域上に、屈折率が比較的に低い材料（ＡｌＧａＮなど）の層を含む。別の方法では、反射材は透明なオーム接点上に、構造体内及び／又は、アルミニウム及び／又は銀のコーディング層内にブラッグ反射材を含む。他の実施形態を後で説明する。さらに別の実施形態では、基板の側壁の一部を傾斜させる及び／又は粗くして、光抽出を向上できるようにする。本発明の実施形態によるダイオードは、フリップチップ式取付け構造体の中での使用に特に適している。しかしながら、非フリップチップ式取付けを使用することもできる。
【００４９】
上記の図１〜図６の中で説明した本発明の実施形態は炭化ケイ素の基板を変更して、所定の波長範囲の少なくともいくらかの光を抽出する手段を具体化し、これにより、炭化ケイ素のＬＥＤ上に窒化ガリウムのフリップチップ式又は非フリップチップ式取付けを可能にする。ここで、本発明の他の実施形態を説明する。この場合には、様々な幾何学的な変更を基板に対して行い、基板から少なくともいくらかの光を抽出する別の実施形態の手段を提供して、抽出効率を向上できるようにする。大きな面積のチップが製造される場合には、これらの基板の変更は特に有用であり、基板から少なくともいくらかの光を抽出する別の実施形態の手段を提供して、基板の内部領域からの抽出効率を改良することができる。上記の図１〜図６に関連して説明したように、これらの改良は炭化ケイ素の基板と共に使用できるが、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、それらの合金、及び／又は、サファイアを含む従来の基板と一緒に使用することもできる。
【００５０】
図７Ａは、本発明の別の実施形態によるＬＥＤの平面図である。図７Ｂ及び図７Ｃは、本発明の別の実施形態に基づいて、図７Ａの線７Ｂ−７Ｂ’に沿って切り取った図７ＡのＬＥＤの断面図である。
【００５１】
ここで図７Ａ〜図７Ｃを参照すると、これらのＬＥＤは、それぞれ第１及び第２の対向する面７１０ａ及び７１０ｂを有する基板７１０と、この基板７１０の第２の面７１０ｂ上のダイオード領域７４０とを含む。基板７１０は、図１〜図６に説明したような炭化ケイ素の基板１１０及び／又は他の従来のＬＥＤ基板とすることができる。ダイオード領域７４０は、上記の図１〜図５のダイオード領域１７０及び／又は任意の他の従来のダイオード領域を含む。
【００５２】
さらに図７Ａに示すように、これらのＬＥＤ７００の第１の面７１０ａは、基板の中に複数のペデスタル７３０を形成する複数の溝７２０を中に含む。図７Ａでは、三角形のペデスタルが示されている。しかしながら、他の多角形又は多角形でない形状のペデスタルを設けることもできる。図７Ｂに示すように、溝７２０は傾斜が付いた床面７２２を含む。しかしながら、平坦な床面も含みうる。さらに、溝の側壁７２４は、第１及び第２の面７１０ａ及び７１０ｂに垂直であるように示してあるが、テーパ付きの側壁にすることもできる。この場合には、側壁の断面積は、基板７１０の第１の面７１０ａから第２の面７１０ｂに向かって縮小することが好ましい。
【００５３】
図７Ｃは、非平面形状が設けられた別の実施形態を示す。これにより、広いソーカット（saw cut）又は他の技術を用いて、基板７１０’内にテーパが付き湾曲した側壁７２４、湾曲した床面７２２’、及び／又は、ドーム形の第１の面７１０ａ’を有するペデスタル７３０’を形成することができる。その結果、これらのペデスタル７３０’の実施形態により、全体的な内部反射を低減できるレンズ状の構造体が形成される。別の方法では、湾曲した又はレンズ状の第１の面７１０ａ’及び／又は床面７２２’ではなく、切子面（facet）を第１の面７１０ａ’及び／又は床面７２２’上に形成して、光の抽出をさらに向上させる。エッチング、ソーカット、レーザカット、及び／又は、他の従来の技術を用いて、これらの構造体を作ることができる。
【００５４】
最後に、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、第１及び第２の面７１０ａと７１０ａ’と７１０ｂとの周辺部は正方形である。しかしながら、他の形状を使用することもできることが理解されよう。例えば、周辺の形状が三角形の第１及び第２の面を使用することもできる。さらに、４つの三角形のペデスタル７３０が示されているが、２つ以上のペデスタルも使用でき、また、例えば、０．１ｍｍ2よりも大きい面積の比較的に大きなチップでは、４つよりも多いペデスタルを使用することが好ましい。
【００５５】
図８Ａは、本発明のさらに別の実施形態によるＬＥＤの平面図である。図８Ｂ及び図８Ｃは、本発明のさらに別の実施形態による図８ＡのＬＥＤの、線８Ｂ−８Ｂ’に沿って切り取った断面図である。
【００５６】
図８Ａに示すように、これらの発光ダイオード８００は、第１及び第２の対向する面８１０ａ及び８１０ｂを有する基板８１０と、この第２の面８１０ｂ上のダイオード領域８４０とを含む。基板８１０は、図１〜図６に関連して説明したような炭化ケイ素の基板１１０、及び／又は、任意の他の従来のＬＥＤ基板とすることができる。ダイオード領域８４０は、図１〜図５で説明したような窒化ガリウムベースのダイオード領域１７０、及び／又は、任意の他の従来のダイオード領域とすることができる。
【００５７】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、基板８１０は、第１の面８１０ａ内にバイアホール８２０のアレイを含む。これらのバイアホール８２０は、基板８１０を一部だけ通るように延びることが好ましいが、他の実施形態では、それらは基板８１０を貫通することができる。また図示のように、バイアホールはテーパ付きの側壁８２４を備えることができる。側壁８２４は湾曲又は垂直とすることができる。さらに、第１及び第２の面８１０ａ及び８１０ｂと直交する湾曲した又は真っ直ぐな側壁も使用できる。バイアホール８２０は、平坦な、傾斜した及び／又は湾曲した床面８２２を有して、フラストな円錐状（frusto-conical）又は円柱状のバイアホールを提供する。バイアホールは、床面８２２を含まずに点状にして、円錐状のバイアホールを提供することもできる。４つの完全なバイアホール及び１２の部分的なバイアホールのアレイが図８Ａ及び図８Ｂに示されているが、２つ以上のバイアホール８２０を使用することができ、大きな面積のチップ、例えば、０．１ｍｍ2よりも大きい面積を有するチップについては、５つ以上の完全なバイアホール８２０を含むことが好ましい。
【００５８】
図８Ｂに示すように、第１の面を１つ以上の切子面を中に含む傾斜が付いた第１の面８１０ａとすることができる。別の実施形態では、上面８１０ａに丸みを付けて、レンズ状の構造体にすることができる。
【００５９】
以下に詳細に説明するように、図７Ａ〜図７Ｃの溝７２０は、チップをさいの目に切断する前又は後に、例えば、チップの側面に対して４５°の角度でダイシングソー（dicing saw）を用いて製造することができる。マスクを通す反応イオンエッチングや、レーザによる切断や、湿式エッチング等を含む他の技術を使用することができる。図８Ａ〜図８Ｃのバイアホール８２０は、チップをさいの目に切断する前又は後に、マスクを通す反応イオンエッチングを用いて製造できる。
【００６０】
図７Ａ〜図７Ｃと図８Ａ〜図８ＣとのＬＥＤからの光抽出について、これから説明する。溝７２０又はバイアホール８２０は、チップの端部に単に沿うのではなく、周期的にチップを横切って発生するように光を抽出することを可能にする。このため、これらは大面積のチップに対して拡張性を提供できる。このことは、溝内で基板をさいの目切断できるように基板の中に配置される溝をさいの目切断することとは著しく対照的であり、ＬＥＤのダイオード領域を通って切断される溝とも極めて対照的である。
【００６１】
ペデスタル、バイアホール、側壁、及び／又は、溝は、チップの垂直な端部が一般に光抽出の役割を演ずるため、光の抽出を向上させることができる。さらに、光を抽出するためには、ＬＥＤチップの最良の周辺部の形状は正方形又は長方形ではない。しかしながら、ＬＥＤチップの周辺部は、ウェハ内のパッキング密度を上げるために、一般に正方形である。正方形のチップでは、臨界角よりも大きくて、この角度の余角よりも小さい角度で任意の方向から側壁に当たる光線は、一般に、内部反射とその後の吸収とにより失われる。円柱形のチップは、内部反射を減少できるが、製造しやすさとパッキング密度とが不十分である。さらに、円柱形のダイの中心から離れた点で生成された光は、垂直の側壁に接線方向に当たる光線を次第に発生する。より多くの光線が、内部反射及び吸収によりこの場合も失われる。この場合には、全体的なダイの面積は、有効な中心面積に比べて大きくする必要があり、このことは、ウェハ面積を非効率的に使用することになり、費用の増加を招く。
【００６２】
際立って対照的に、本発明のいくつかの実施形態では、基板の中に等辺の又は非等辺の三角形のペデスタル７３０等のペデスタルを形成することができる。優れたウェハの利用率を維持することができる。特に、生成された光は、臨界角よりも大きい角度で側壁７２４において１回の入射及び反射を行うだけである。臨界角よりも大きい入射角では反射されるが、封入材料の屈折率が約１．５以上であると仮定すると、それらは全ての場合において臨界角よりも小さい角度で次の壁に当たることになる。このため、側壁が直角であるか又は平滑で連続的な円弧のダイとは異なり、光線が内部反射及び吸収に対して全体として失われることはない。
【００６３】
チップの面積が同じであり、同じ電流が流れ、滑らかで垂直な側壁を有する正方形のＬＥＤに対する三角形のＬＥＤは、例えば、光出力において１５％の改善が見られる。さらに、テーパ付きの側壁又はチャネルを三角形のペデスタルと共に使用して、基板の中に閉じ込められたさらに多くの光を利用できる。最後に、正方形のダイに対して４５°又は別の角度で切断された溝を用いて形成された三角形のペデスタルは、標準的なダイ管理及び分離技術を可能にするが、正方形でないチップの付加的な光抽出の利点を提供することができる。標準的なエッジ整形とダイ分離技術とを使用することもできる。バイアホール８２０のアレイを使えば、同じ効果を提供することができる。
【００６４】
図７Ａ〜図７Ｃと図８Ａ及び図８ＣとのＬＥＤは、図２〜図５に示したように、アップサイドダウン式すなわちフリップチップ式の構成で実装されていることが理解されよう。ＬＥＤを取付け支持体に結合するために使用される銀エポキシは、ＬＥＤの効率を減らすおそれがあるため、溝又はバイアホールに入らないようにされる。他の実施形態では、溝及び／又はバイアホールを従来の非フリップチップ式ＬＥＤ取付け方法と一緒に使用する場合には、銀又はアルミニウムのような後方反射層を基板の第１の面上に形成して、溝又はバイアホールに入射する光を、ダイオード領域を通るように後方に反射する。
【００６５】
結合領域２２０／２３０の中ではんだプリフォームを使用する別の説明をここで行う。面積の小さいＬＥＤは、ダイをリードフレームに取り付ける場合に使用する銀エポキシがチップの側壁及び／又は処理基板に接触しないようにするための特別の注意を必要とする。そのような接触は、縦形ＬＥＤ構造の性能に有害なショットキーダイオードを形成する可能性がある。このショットキーダイオードは、順方向のターンオン電圧が低いため、ＬＥＤの周りの電流を短絡することがある。大きなチップ上で銀エポキシを使用することは、小さいチップの場合よりも管理が容易である。その理由は、分配が多すぎても、エポキシがチップの下から出てきて、ダイオード領域及び／又は基板の縦形の側壁に到達する原因にはならないからである。本発明の実施形態によれば、後に説明するように、はんだのプリフォームが反射材又は他の層の上に形成される又はそれらに付着することはない。このプリフォームは、鉛−錫、インジウム−金、金−錫、及び／又は、銀−錫のはんだ等の低温の共晶合金を含む。このプリフォームの形状は良く規定され、外側のクリープはダイ取付け工程の中で採用された圧力及び／又は温度によって制御することができる。さらに、プリフォームの熱伝導率は銀エポキシよりも優れており、このことは高出力のデバイスにとって利点となる。
【００６６】
ここで図９及び図１０を参照すると、基板のテクスチャー加工が提供される。このテクスチャー加工は、放射波長又はそれより大きい程度である。例えば、図９に示すように、ＬＥＤ９００は、基板７１０のテクスチャー加工した第１の面７１０ａ’を含む。テクスチャー加工した側壁７２４’及び／又はテクスチャー加工した床面７２２’を、テクスチャー加工した第１の面７１０ａ’に加えて又はその代わりに設ける。図１０に示すように、ＬＥＤ１０００は、上にマイクロレンズ１０１０のアレイを含むテクスチャー加工した第１の面８１０ａ’を有する。テクスチャー加工した側壁及び／又は床面も設ける。テクスチャー加工するための任意の従来の技術も使用できる。例えば、図９〜図１０に関連して説明したテクスチャー加工は、本願で説明される他の実施形態でも使用できる。
【００６７】
パッケージ化されたＬＥＤチップの露出面をテクスチャー加工し、研磨しないことが好ましい。従来のチップは、エピタキシャルの側面を研磨してパッケージ化される。このことは、そこからの光抽出を減少させる可能性がある。露出面をテクスチャー加工することにより、入射光を内部反射する代わりに伝達することができるランダム確率を提供できる。基板の裏側をテクスチャー加工することは、この基板面にオーム接点を形成することの妨げにはならないことも理解されよう。より詳細に説明すると、縦形ＬＥＤは、有効なダイオード領域に対する１つの接点と、テクスチャー加工した基板の裏側に対する裏面接点とを有する。側壁をテクスチャー加工することにより、研磨面の場合に比べて最大２０％又はそれ以上の光放射を提供できる。
【００６８】
図１１及び図１２は、本発明の実施形態による別のＬＥＤを示す。図１１のＬＥＤ１１００及び図１２のＬＥＤ１２００は、図７のＬＥＤ７００及び図８のＬＥＤ８００に相当する。しかしながら、図１１及び図１２の実施形態では、透明なオーム接点４１２及び反射材４１４が加えられている。この薄い透明なオーム接点４１２は、ｐ型の窒化ガリウム層の電流拡散を向上させることができ、光量を遮って好ましくは減少させて、より好ましくは最小にして、アノードにオーム接点を作ることができる。
【００６９】
さらに、図１１及び図１２に示した構成では、チップが取付け支持体２１０上にフリップチップ式で取り付けられているため、透明なオーム接点４１２を、従来の窒化物のＬＥＤの中で可能にされるよりも薄くすることができ、このため、それを一層透明にすることができる。例えば、アルミニウム及び／又は銀を含む比較的に厚い反射材４１４を設けることもできる。この反射材４１４は、優れた電流拡散を提供できる。さらに、はんだプリフォーム２２０及び／又は他の取付け領域を金属接点１５５と取付け基板２１０との間に使用して、寄生のショットキー接触を作る可能性があるダイオード領域内の短絡回路を防ぐと同時に、電気的で機械的な接続とダイオード領域からの熱伝達とを行う。ダイオードをフリップチップ式で取り付けることによって、電力消費（power dissipation）を基板の中で行う必要がないことが理解されよう。逆に、ダイオード領域で発生する熱を、低い熱抵抗でヒートシンクに密着させることができる。例えば、図１６に関連して記述された別の実施形態では、非フリップチップ式取付けが使用される。透明／反射材用電極、はんだプリフォーム、及び／又は、フリップチップ式取付けは、本願で記載される本発明の別の実施形態でも使用されることが理解されよう。
【００７０】
図１３は、従来のＡＴＯＮ形ＬＥＤ（ATON LED）において抽出効率を改良するために使用できる、本発明の他の実施形態を示す。当業者はよく知られているように、ＡＴＯＮ形ＬＥＤは、例えば、Compound Semiconductor、volume 7、No.1、2001年2月、第７頁にある、「OSRAM Enhances Brightness of Blue InGaN LEDs」という題名の出版物の中に説明されているような基板成形方法を使用している。特に、図１３に示すように、従来のＡＴＯＮ形ＬＥＤ１３００は、基板１３１０及びダイオード領域１３２０を含む。本発明の実施形態によれば、例えば、メサ１３２０ａ及び／又は電極１３３０によって形成される放射領域は、ダイオード領域の中央部のみに含まれ、ダイオード領域の周辺部からは除かれる。電極１３３０は、透明な電極であることが好ましく、放射領域１３２０ａと同じ広がりを有するそれよりも小さくすることができる。放射領域の面積を減少させる別の技術を使用することもできる。
【００７１】
言い方を変えると、基板１３１０は、それぞれ対向する面１３２０ａと１３１０ｂとを有する。第１の面１３１０ａの表面積は、第２の面よりも小さい。ダイオード領域１３２０は、第２の面１３１０ｂ上にある。放射領域１３２０ａは、ダイオード領域１３２０の中に含まれ、第１の面１３１０ａの小さい表面積内に限定される。この構成により、チップはレンズの焦点における点光源のように見える。従来の構成では、チップの端部で生成された光は、放射光の小さい固体表面がチップの中心で生成された光と比べるとこれらの表面と相互作用するため、形成された端部の多くの利点を得ていない。シミュレーションによると、放射領域をチップの端部の前に配置することによって、出力された約２０％以上の光を得ることができることを示している。縮小した放射領域の抽出効率をこのように増加することによって、より多くの光が活性領域からの第１の経路上で消えることがあるため、出力された光が基板内及び基板表面における損失に影響されないようにすることもできる。図１３の実施形態は、従来の非フリップチップ式パッケージングに使用することができる。フリップチップ式パッケージングで使用されるＡＴＯＮ形ＬＥＤの実施形態は、下記の図１７に関連して説明される。
【００７２】
図１４Ａは、本発明の別の実施形態に対する、放射領域を縮小した応用例を示す。例えば、ＬＥＤ１４００は、本発明の実施形態に基づいて少なくとも１つの縮小した放射領域を設けることを除いて、図７のＬＥＤ７００と同様である。少なくとも１つの縮小した放射領域は、ペデスタル７３０と整列した１つ以上の導電性電極１４１０を用いて設けることができる。これらの導電性電極１４１０は、プラチナ及び／又は他の金属を含む。例えば、窒化ケイ素を含む絶縁層１４２０を使用して、金属接点がダイオード領域７４０に接触することを防止する。相互接続する金属層１４３０は、導電性電極１４１０及び窒化ケイ素層１４２０上に形成されたブランケットとすることができる。相互接続層１４３０は反射層として機能できることも理解されよう。別の方法では、１つ以上の分離した反射層を設ける。図１４Ｂは、導電性電極１４１０及び金属層１４３０を示す図１４ＡのＬＥＤの底面図である。本発明の別の実施形態では、少なくとも１つの図１３のメサ１３２０ａを図１４Ａのダイオード領域７４０の中に含み、少なくとも１つの縮小した放射領域を提供することも理解されよう。さらに、縮小した放射領域は、本願に記載される本発明の別の実施形態と一緒に使用することができる。
【００７３】
このように、背後形成された領域（back-shaped region）の中央部の中に限定された放射領域を縮小することによって、ＬＥＤの効率を向上させることができる。均一な放射領域を有する背後形成されたデバイスでは、多くの放射光がチップの形成された領域にわたって発生するが、これは効率的ではない。これとは対照的に、図１４Ａ及び図１４Ｂでは、放射領域がペデスタル７３０と整列されているため、改良された抽出効率を提供できる。導電性電極１４１０が互いに離れているため、それらの電極を相互接続する導電性の金属１４３０で接続する必要がある。デバイスがフリップチップ結合されている場合には、この導電性金属１４３０は、はんだ及び／又は銀を加えたエポキシとすることができる。デバイスが非フリップチップ構成で実装されている場合には、反射材などの金属シート、金属のストリップ、及び／又は、ワイヤボンドが相互接続用に含まれる。
【００７４】
図１５Ａは、本発明のさらに別の実施形態に対する少なくとも１つの縮小した放射領域の応用例を示す。例えば、ＬＥＤ１５００は、本発明の実施形態に基づいて少なくとも１つの縮小した放射領域を設けることを除いて、図８のＬＥＤ８００と同様である。少なくとも１つの縮小した放射領域は、バイアホール８２０に重なり合わない導電性電極１５１０を用いて設けることができる。この導電性電極１５１０は、プラチナ及び／又は他の金属から構成する。例えば、窒化ケイ素を含む絶縁層１５２０を使用して、金属接点がバイアホール８２０により形成された領域の上にくることを防止する。図１５Ｂは、導電性電極１５１０及び絶縁領域１５２０を示す図１５ＡのＬＥＤの底面図である。図１４Ａの場合と同様に、別の実施形態では、少なくとも１つの図１３のメサ１３２０ａが図１５Ａのダイオード領域８４０の中に含まれて、少なくとも１つの縮小された放射領域を提供する。
【００７５】
本発明による実施形態は、前述したように、サファイアベースの窒化物のＬＥＤ及び他の材料システムによるＬＥＤを改善するために使用できることが理解されよう。しかしながら、サファイアベースの窒化物のＬＥＤでは、大部分の光はより高い指数の窒化物のダイオード領域内に捕獲されて残ってしまう。このゲインは、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、及び／又は、基板の屈折率がサファイアのそれよりも高い他の基板よりも大きい。このため、本発明の実施形態は、炭化ケイ素を基板として使用することに限定されない。サファイアを基板として使用する場合には、サファイアの絶縁層は、図１で示したように、ダイオード領域に対して２つの接点を使用することは理解されよう。これらの接点は、パッケージ内でそれらの電気的接続部と整列する必要がある。サファイア基板の透明性により、露出側が研磨されている場合は容易に整列させることができる。しかしながら、研磨した露出面は、テクスチャー加工したものよりも光を抽出する効率が悪い。
【００７６】
図１６は、本発明の別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。図１６は、発光ダイオード１６００が、フリップチップ式実装ではなく非フリップチップ式実装で構成されていることを除いて、図３と同様であるとみなすことができる。さらに、実装アセンブリ又はサブ実装アセンブリ（sub-mounting assembly）などの、ＬＥＤと取付け支持体との間の別の接点構造体も示されている。図１６の非フリップチップ式実装方法及び／又は図１６の接点構造体が、本願で説明されている本発明の他の実施形態及び／又は別の従来のＬＥＤと共に使用できることは理解されよう。
【００７７】
より具体的には、図１６を参照すると、発光ダイオード１６００が、非フリップチップ式の方向で取付け支持体２１０上に実装されている。この方式では、炭化ケイ素の基板１１０は取付け支持体２１０に隣接し、ダイオード領域１７０は取付け支持体２１０の反対側又はそれから離れた炭化ケイ素の基板１１０上にある。換言すると、ダイオード領域１７０は上側にあり、炭化ケイ素の基板１１０は下側にある。図１６に示した本発明の実施形態によれば、透明な炭化ケイ素の基板１１０を用いれば、従来の非フリップチップ式で実装されたＬＥＤから抽出される光量を増加できることが分かる。これらの実施形態では、炭化ケイ素の基板１１０の中に下向きに生成された、ダイオード領域１７０の活性領域１３０からの光は、反射材１４０により反射されて炭化ケイ素の基板１１０を通って戻される。抽出効率は、図３のＬＥＤ３００よりも少ないが、透明な炭化ケイ素の基板１１０を採用していない従来のＬＥＤのものよりも大きな抽出効率を得ることができる。取付け領域に隣接した透明な炭化ケイ素の基板及び取付け領域から離れたダイオード領域を有する、図１６のライトサイドアップ式実装方法を、別の従来のＬＥＤ構成に使用することもできることが理解されよう。
【００７８】
さらに図１６を参照して、本発明の実施形態による接点構造体１６２０をここで説明する。これらの接点構造体１６２０は、本願で説明する他の実施形態と共に使用でき、他の従来のＬＥＤ構造体と一緒に使用することもできることが理解されよう。
【００７９】
図１６に示すように、接点構造体１６２０は、オーム領域１６０と、反射材１４０と、障壁領域１６１０と、結合領域２３０とを含む。上部オーム接点１５０も設けられている。オーム接点１５０／１６０は、厚さが約１０Åと約１００Åとの間の、薄いプラチナ層などの透明な金属の層であることが好ましい。他の透明なオーム接点１５０／１６０を使用することもできる。例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明な酸化物を使用することができる。この場合には、オーム接点１５０／１６０の厚さは、最大で数ミクロン又はそれ以上である。オーム接点１５０／１６０は、例えば、Haitzらへの米国特許第５，９１７，２０２号公報の中で説明されるように、均一な厚さの層、グリッド構造体、及び／又は、ドット構造体とすることができる。その開示内容は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。オーム接点１５０／１６０が、電流拡散動作を行い、活性領域１７０への効率的で均一な電流注入を容易にすることが好ましい。グリッド又はドット構造体をオーム接点１５０／１６０に使用する場合には、炭化ケイ素の基板１１０の伝導率が適切に適合すれば、電流拡散動作が実現される。グリッド／ドットのオーム領域は、面積の有効範囲が縮小されるため、オーム領域内の光吸収を減少又は最小にすることができる。オーム接点１５０及び１６０の構成は同一である必要はないことも理解されよう。
【００８０】
さらに図１６を参照する。反射材１４０は、例えば、厚さが約１００Åと約５０００Åとの間の、銀及び／又はアルミニウム等の反射性金属、及び／又は、すでに説明したようなミラースタック（mirror stack）を含みうる。電流の拡散及び反射機能を同時に行うことができる、銀又はアルミニウムの１つの層のように、オーム領域１６０及び反射材１４０の機能性を１つのオーム領域及び反射材領域の中に結合することができることも理解されよう。別の方法では、オーム領域１６０及び反射材１４０に対して異なる層を使用する。
【００８１】
さらに図１６を参照すると、障壁領域１６１０も備えうる。この障壁領域１６１０は、反射材１４０及び／又はオーム領域１６０を、下側のダイ接着剤からの拡散及び／又はスパイキング（spiking）から保護する。このため、障壁領域１６１０は、オーム領域１６０及び／又は反射材１４０が光学的及び／又は電気的に損なわれないように保護することができる。いくつかの実施形態では、障壁領域は、厚さが約１００Å〜約５０００Åである、ニッケル、ニッケル／バナジウム、及び／又は、チタン／タングステンを含む。
【００８２】
最後に、さらに図１６を参照すると、半導体のＬＥＤ構造体を取付け又はサブ取付けアセンブリなどの取付け支持体２１０に固定する結合領域２３０が設けてある。この結合領域２３０は、例えば、金、インジウム、はんだ、及び／又は、真鍮を含む金属層とすることができ、１つ以上のこれらの及び／又は他の構造体のプリフォームを含む。いくつかの実施形態では、結合領域２３０は、はんだバンプ及び／又はインジウム又は金などの他の金属のバンプを含みうる。取付け支持体２１０は、ヒートシンク、Surface Mount Technology (SMT)のパッケージ、印刷配線板、ドライバ用集積回路、リードフレーム、及び／又は、ＬＥＤに用いられる他の従来の取付け及び／又はサブ取付けアセンブリを含む。銀エポキシ、はんだボンディング、熱はんだボンディング、及び／又は、他の技術を用いて、結合領域２３０を取付け支持体２１０に固着できる。図１６の接点構造体１６２０の実施形態は、フリップチップ取付け式ＬＥＤ及び／又は他の従来のＬＥＤ構造体に使用できることも理解されたい。
【００８３】
図１７Ａは、本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。より具体的には、図１７Ａは、フリップチップ式に取り付けられ及び／又は本発明の実施形態による接点構造体を採用する、従来のＡＴＯＮ形ＬＥＤを示す。例えば、図２に示したようなフリップチップ式取付け、及び／又は、図１６で示したような接点構造体を使用する。
【００８４】
ここで図１７Ａを参照する。これらのＬＥＤ１７００の実施形態は、無色で補償された炭化ケイ素の基板などの透明な基板１３１０と、ダイオード領域１３２０が取付け支持体２１０に隣接し、炭化ケイ素の基板１３１０が取付け支持体２１０から離れるように取付け支持体２１０上にフリップチップ式で取り付けられたダイオード領域１３２０とを含む。ダイオード領域１３２０は、図１３のメサ領域１３２０ａなどの縮小された放射領域を含む。
【００８５】
図１７Ａに示すようなフリップチップ式取付けは、非フリップチップ式で取り付けられたＬＥＤと比較すると、光抽出を向上させることができる。例えば、炭化ケイ素の基板上に窒化ガリウムの領域を使用する従来のチップでは、ＬＥＤの活性領域の内部で生成された光の約半分が実際に放射される。残りの光は、内部全反射及び／又は吸収損失により、半導体材料の中に閉じ込められる。ダイオード領域から離れた炭化ケイ素の基板の第１の面の表面積が、ダイオード領域に隣接する炭化ケイ素の基板の第２の面よりも小さい構成では、光の抽出を増加させることができる。しかしながら、放射光の大部分は、吸収材料で完全に及び／又は部分的にカバーされるチップ面に入射及び／又はそこを通過して、ＬＥＤのｐ−領域及びｎ−領域とのオーム接触を容易にする。さらに、従来のＬＥＤは光を主に下側に向ける。これにより、ＬＥＤパッケージ内の光学素子からの付加的な反射及び／又はダイ接着剤の材料による損失が引き起こされる。これらの現象は、別の光学的損失の原因になる。
【００８６】
極めて対照的なことに、図１７Ａに示すような本発明の実施形態では、ＡＴＯＮ形状及び／又はダイオード領域１３２０は、取付け支持体２１０に隣接し基板１３１０が取付け支持体２１０から離れているように、取付け支持体２１０にフリップチップ式で取り付けられた、第２の面１３１０ｂに比べて第１の面１３１０ａが小さい他の形状を採用することができる。
【００８７】
さらに、図１７Ａに示すように、ｐ−オーム領域１７４２、反射材１７４４、障壁領域１７４６、及び／又は、結合領域１７４８を含むｐ−接点構造体１７４０を使用することによって、付加的な効率を得ることができる。いくつかの実施形態では、ｐ−オーム領域１７４２は、厚さが約１０Åと約１００Åとの間の、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／プラチナ、チタン、及び／又は、チタン／金などのｐ−オーム金属を含む。いくつかの実施形態では、ｐ−オーム領域１７４２は、表面カバー範囲が約１０％と約１００％との間で、厚さが約２Å〜約１００Åとの間の、連続した又は非連続的なｐ−オーム金属を含みうる。非連続的なｐ−オーム金属については、下側のダイオードの層の伝導率を表面カバー範囲に適合させて、ダイオードの活性領域への電流注入の均一性を向上させる。
【００８８】
さらに図１７Ａを参照すると、銀及び／又はアルミニウムなどの厚い反射材１７４４は、ダイオード領域１３２０の反対側のオーム領域１７４２上にある。別の実施形態では、オーム領域１７４２は、接触抵抗を容易に低くできるほど厚いが、光学的な吸収を十分に減少させる程度に薄くすることができる。オーム領域１７４２の厚さを従来のＡＴＯＮ形チップのオーム金属の厚さの１／２以下にして、２倍の光が接点を通過できるようにする。さらに、結合されたオーム及び反射材領域により、電流拡散機能を想定することができる。このことは、ダイオード領域１３２０の中で生成された光の効率的な光反射を容易にし、同時に電流の拡散を行うために十分に厚くなるように設計することにより可能である。これにより、ダイオード領域１３２０内で生成された光１７２６を、反射材１７４２により基板１３１０の中へと戻るように反射することができる。ダイオード領域内で生成された別の光１７２２は、基板１３１０の中に直接に注入される。さらに別の光１７２４は、基板の斜めの側壁から出射する。
【００８９】
さらに図１７Ａを参照する。フリップチップ式取り付けされたＬＥＤは、金、インジウム、従来のエポキシ材料、真鍮、及び／又は、はんだを含む結合領域１７４８を用いて、適当なはんだ及び／又はニッケル、ニッケル／バナジウム、及び／又は、チタン／タングステンなどのはんだ障壁領域１７４６とダイ接着することができる。半導体の表面上に反射性金属を設けることによって、ヘッダの比較的に粗い表面と比べると反射率が比較的に高い極めて滑らかなミラー面を実現できることは理解されよう。
【００９０】
さらに図１７Ａを参照する。オーム／反射材領域１７３２と、接着領域１７３４と、障壁領域１７３６と、結合領域１７３８とを含むｎ−接点構造体１７３０が使用される。オーム／反射材領域１７３２は、厚さが約１０００Åのアルミニウム及び／又は銀などのｎ−オーム材料を含む。このオーム／反射材領域１７３２は、オーム接点及び反射材層として機能する。反射材領域１７４４と同様の任意の反射材領域を設けることもできる。例えば、約１０００Åのチタンから成る選択的な接着領域１７３４を設けることができる。障壁領域１７３６を設けることもできる。例えば、約１０００Åのプラチナを使用できる。最後に、結合領域１７３８を使用する。例えば、１μm以上の金を使用したり、従来のワイヤボンド１７５０を結合領域１７３８に取り付ける。特定の用途に対しては、１つ以上の領域１７３２、１７３４、１７３６、１７３８を除くか、又は他の領域と結合することができることも理解されよう。
【００９１】
図１７Ａの実施形態に基づいてフリップチップ式で取り付けられたＡＴＯＮチップは、従来の非フリップチップ式のＡＴＯＮ形状と比べて、約１．５倍〜約１．７倍以上の増大された放射束を発生できる。ｐ−電極及び／又はダイ接着剤の材料内での吸収を減らすことができる。表面カバー範囲を減少又は最小にできるｎ−接点構造体１７３０を使用できる。このため、いくつかの実施形態では、電極構造体１７３０が、炭化ケイ素の基板１３１０の第１の面１３１０ａ全体を占有することができる。しかしながら、他の形状の構成は表面カバー範囲を減らす又は最小にするために使用される。
【００９２】
例えば、図１７Ｂに示すように、ｎ−接点構造体１７３０は、第１の面１３１０ａ上の中央部１７３０ａのみを含む。しかしながら、チップの寸法がより大きい場合には、ｎ−接点構造体１７３０のフィンガ１７３０ｂも使用して、別の電流拡散を行う。このため、ｎ−接点構造体１７３０が第１の面１３１０ａの全面積を占める。別の実施形態では、全面積よりも小さいが、１０％より大きい面積が占有される。さらに別の実施形態では、１０％よりも小さい面積が使用される。中央部１７３０ａ及びフィンガ１７３０ｂに対して多くの別の形状の構成を用いることができることも理解されよう。
【００９３】
拡張性を増大できるように、ｎ−接点構造体１７３０を、下側の半導体材料１３１０の伝導率に対して表面カバー範囲及び電流拡散に適合する相互接続されたグリッド構造体とすることができる。ｎ−接点構造体１７３０の表面カバー範囲を減らす、好ましくは最小にして、銀及び／又はアルミニウムの反射材１７３２を採用することにより、完成したｎ−接点構造体１７３０の吸収を減少、好ましくは最小にすることができる。
【００９４】
別の実施形態では、例えばChenらの米国特許第５，９５２，６８１号公報の中で説明されているように、ｎ−電極及びｐ−電極の両方が、チップの側部に形成されることは理解されよう。これにより、ｎ−電極に対するオーム接点内の光の吸収がさらに減少される。
【００９５】
図１７Ａ及び図１７Ｂのフリップチップ式取付け及び／又は接点構造体は、第１の面の面積を縮小した立方体、三角形、ピラミッド形、先端を切り取ったピラミッド形、及び／又は、半球を含む他の基板の形状と共に使用できることも理解されよう。すでに説明したように、溝、バイアホール、及び／又は、他のパターンニング機構の形状の付加的な第１の面のパターンニングを行うこともできる。最後に、すでに説明したように、テクスチャー加工及び／又は粗面加工も使用できる。基板及び／又はダイオード領域の粗面加工を使用できる。このため、意図的に粗面加工及び／又はパターン化したダイオード領域１３２０上に、反射材１７４４を形成する。このランダムな粗面により、光抽出を向上させる及び／又は内部反射を減少させることができる。反射光を指向させる及び／又は光抽出を向上させるために、フレネルレンズなどの特定のパターンを使用することもできる。このパターンによって、反射材１７４４を適用して光学素子を形成することができる。パターンの大きさは、ＬＥＤから放射される光の波長程度である。
【００９６】
図１８は、本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。より具体的に言うと、図１８は、反射材をそのダイオード領域上に含む従来のＡＴＯＮ形ＬＥＤを示す。予期していなかったが、本発明の実施形態に基づいて、反射材を従来のライトサイドアップ形のＡＴＯＮ及び／又は他のＬＥＤのダイオード領域に加えることによって、ダイオード領域の上面に反射材を持たない従来のＡＴＯＮ及び／又は他のＬＥＤと比較すると、約１０％以上の輝度の増加が得られることが判明した。このため、反射材で上面を少なくとも部分的にブロックすることによって、増加した光放射が実際に得られる。
【００９７】
さらに具体的に言うと、図１８を参照すると、これらのＬＥＤ１８００は、本願に記載されたいずれかの実施形態、及び／又は従来のＡＴＯＮ、及び／又は他のＬＥＤ構成に基づいた基板１３１０及びダイオード領域１３２０を含む。従来のＡＴＯＮ及び／又は他の構成に基づいて、ｎ−接点構造体１８１０を設ける。別の方法では、約１０００Åのチタンなどの接着領域１８１２と、約１０００Åのプラチナなどの障壁領域１８１４と、約１μmの金などの結合領域１８１６とを含むｎ−接点構造体１８１０を設ける。接着領域１８１２は、オーム接点としても機能し、別の方法では反射性とすることもできる。
【００９８】
さらに図１８を参照すると、ｐ−接点構造体１８２０が設けてある。このｐ−接点構造体１８２０は、図１７Ａのオーム層１７４２と同様のものとすることができる透明なオーム領域１８３０を含む。図１７Ａの接着層１７３４と類似なものとすることができる接着層１８２６も含める。図１７Ａの障壁層１７３６と同様の障壁層１７２４も含む。図１７Ａの接着領域１７３８と同様の接着領域１８２２と、図１７Ａの線１７５０と同様の線１８４０も含む。さらに、従来のＡＴＯＮ／ＩＴＰオーム接点構造体も設ける。本発明のいくつかの実施形態によれば、ｐ−接点構造体１８２０は中に反射材１８２８を含み、ダイオード領域１３２０を通って基板１３１０の中に光を反射して戻す。この反射材１８２８は、図１７Ａの反射材１７４６と同様である。前述したように、予期していなかったが、ＡＴＯＮ及び／又は他のＬＥＤの上面に反射材１８２８を加えることによって、従来のＡＴＯＮ形ＬＥＤの輝度よりも約１．２倍〜約１．３倍の増加した輝度が得られる。
【００９９】
ここで図１９を参照する。本発明の実施形態によるＬＥＤの製造方法を以下に説明する。図１９のいくつかのブロックが図示の順序とは異なる順序で発生することがあり、いくつかのブロックが逐次的ではなく同時に行われることが理解されよう。
【０１００】
図１９のブロック１９１０を参照すると、ダイオード領域が、炭化ケイ素の基板上に形成される。前述したように、窒化ガリウムのダイオード領域が、炭化ケイ素の基板上に製造されることが好ましい。ブロック１９２０において、図７〜図１２と図１４〜図１５とに関連して説明したように、溝が、切り込み、エッチング、レーザカット、反応イオンエッチング、湿式エッチング及び／又は切断され、及び／又は、反応イオンエッチングが行われて、基板の第１の面上にバイアホールが形成される。ブロック１９２０において、基板上にダイオード領域が製造される前、及び／又は基板上にダイオード領域が製造される後で、溝及び／又はバイアホールが形成されることは理解されよう。
【０１０１】
ここでブロック１９３０を参照すると、例えば、図２〜図５と、図１１〜図１２と、図１６〜図１７とに関連して説明したように、接点構造体が形成される。ブロック１９２０の溝の形成及び／又はバイアホールの反応イオンエッチングの前に、接点構造体を形成できることは理解されよう。
【０１０２】
ここでブロック１９４０を参照すると、さいの目切断が行われて、個々のＬＥＤチップを分離する。ウェハ寸法のＬＥＤが製造されて、ブロック１９３０の電極構造体を形成する前及び／又はブロック１９２０において、溝をのこ引きする（sawing）及び／又は反応イオンエッチングする前にさいの目切断が行われる場合には、さいの目切断を行う必要はないことが理解されよう。
【０１０３】
次に、ブロック１９５０を参照すると、例えば、図２〜図５と、図１１〜図１２と、図１６〜図１７とに関連して説明したように、例えば、はんだプリフォーム及び／又は他の結合技術を用いて、ダイオードは取付け支持体に結合される。そして、ブロック１９６０において、図２〜図３と図１６とに示したように、ダイオードは、例えばプラスチックのドーム内にパッケージ化される。抽出効率が高いＬＥＤを効率的に製造することができる。
【０１０４】
図面及び明細書の中において、本発明の典型的な好ましい実施形態を開示してきた。特定の用語が使用されるが、それらの用語は一般的で説明のためのみに使用されたものであり、限定する目的で使用したのではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲において述べる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図２】本発明の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図３】本発明の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図４】本発明の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図５】本発明の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図６】様々なドーピングレベルにおける炭化ケイ素の光吸収対波長を図表で示す図である。
【図７Ａ】本発明の別の実施形態による発光ダイオードの平面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの線７Ｂ−７Ｂ’に沿った断面図である。
【図７Ｃ】図７Ａの線７Ｂ−７Ｂ’に沿った断面図である。
【図８Ａ】本発明の別の実施形態による発光ダイオードの平面図である。
【図８Ｂ】図８Ａの線８Ｂ−８Ｂ’に沿った断面図である。
【図８Ｃ】図８Ａの線８Ｂ−８Ｂ’に沿った断面図である。
【図９】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１１】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１３】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１４Ａ】図１４Ｂの線１４Ａ−１４Ａ’に沿って切り取った断面図である。
【図１４Ｂ】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの底面図である。
【図１５Ａ】図１５Ｂの線１５Ａ−１５Ａ’に沿って切り取った断面図である。
【図１５Ｂ】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの底面図である。
【図１６】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１７Ａ】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１７Ｂ】本発明の実施形態による図１７Ａの平面図である。
【図１８】本発明のさらに別の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１９】本発明の実施形態による発光ダイオードを製造する方法を説明するフローチャートである。
Claims (148)
- 第１及び第２の対向する面を有する基板であって、所定の波長範囲の光放射に対して透明であり、断面では前記第１の面から前記第２の面に向かって前記基板の中に延びる複数のペデスタルを形成するようにパターン化された基板と、
前記第２の面上のダイオード領域であって、該ダイオード領域に対して電圧を印加すると、前記所定の波長範囲の光放射に対して透明な前記基板内に前記所定の波長範囲の光を放射するように構成されたダイオード領域と
を含んでなる発光ダイオード。 - 前記ダイオード領域に対して電圧を印加すると、前記ダイオード領域から前記所定の波長範囲の光放射に対して透明な前記基板内に放射された光が前記複数のペデスタルから放射するように、前記ダイオード領域を支持するように構成された、前記所定の周波数範囲の光放射に対して透明な前記基板と反対側の、前記ダイオード領域上にある取付け支持体をさらに含む請求項１に記載の発光ダイオード。
- 前記第１の面を支持するように構成された、前記ダイオード領域と反対側の、前記第１の面上にある取付け支持体をさらに含む請求項１に記載の発光ダイオード。
- 前記ダイオード領域に対して電圧を印加すると、前記ダイオード領域から放射された光を反射して前記ダイオード領域に戻し、前記所定の波長範囲の光放射に対して透明な前記基板を通って前記複数のペデスタルから放射するように構成された反射材を、前記取付け支持体と前記ダイオード領域との間にさらに含む請求項２に記載の発光ダイオード。
- 前記ダイオード領域に対して電圧を印加すると、前記第１の面から放射された光を反射して前記所定の波長範囲の光放射に対して透明な前記基板の中に戻すように構成された反射材を、前記取付け支持体と前記第１の面との間にさらに含む請求項３に記載の発光ダイオード。
- 前記ダイオード領域と前記反射材との間に透明電極をさらに含む請求項４に記載の発光ダイオード。
- 前記前記第１の面と前記反射材との間に透明電極をさらに含む請求項５に記載の発光ダイオード。
- 前記反射材が少なくとも１つの反射性金属の層を含む請求項４に記載の発光ダイオード。
- 前記透明電極が、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／プラチナ、チタン、及び／又は、チタン／金の層を含む請求項６に記載の発光ダイオード。
- 前記反射材と前記取付け支持体との間の障壁領域と、
前記障壁領域と前記取付け支持体との間の結合領域と
をさらに含む請求項４に記載の発光ダイオード。 - 前記反射材と前記取付け支持体との間に障壁領域と、
前記障壁領域と前記取付け支持体との間に結合領域と
をさらに含む請求項５に記載の発光ダイオード。 - 前記結合領域が、金、インジウム、はんだ、及び／又は、真鍮を含む請求項１０に記載の発光ダイオード。
- 前記結合領域が、金、インジウム、はんだ、及び／又は、真鍮を含む請求項１１に記載の発光ダイオード。
- 前記ダイオード領域と反対側にある前記第１の面に隣接した光学素子をさらに含む請求項１に記載の発光ダイオード。
- 前記基板の第１の面が、断面では、前記基板の中に前記複数のペデスタルを形成する少なくとも１つの溝を中に含む請求項１に記載の発光ダイオード。
- 前記ペデスタルが、三角形のペデスタルであることを特徴とする請求項１５に記載の発光ダイオード。
- 前記溝が、テーパ付きの及び／又は湾曲した側壁を含む請求項１５に記載の発光ダイオード。
- 前記溝が、傾斜した床面及び／又は湾曲した床面を含む請求項１５に記載の発光ダイオード。
- 前記溝が、傾斜した床面及び／又は湾曲した床面を含む請求項１７に記載の発光ダイオード。
- 前記基板の第１及び第２の面が、正方形の周辺部を含む請求項１５に記載の発光ダイオード。
- 前記基板の第１の面がテクスチャー加工した表面を含む請求項１５に記載の発光ダイオード。
- 前記基板の第１の面が、断面では、前記基板の中に前記複数のペデスタルを形成するバイアホールのアレイを中に含む請求項１に記載の発光ダイオード。
- 前記バイアホールが、テーパ付きの側壁及び／又は湾曲した側壁を含む請求項２２に記載の発光ダイオード。
- 前記バイアホールが。平坦な床面と、傾斜した床面と、湾曲した床面とのいずれかを含む請求項２２に記載の発光ダイオード。
- 前記バイアホールが、平坦な床面と、傾斜した床面と、湾曲した床面とのいずれかを含む請求項２３に記載の発光ダイオード。
- 前記基板の第１及び第２の面が、正方形の周辺部を含む請求項２２に記載の発光ダイオード。
- 前記基板の第１の面が、テクスチャー加工した表面を含む請求項２２に記載の発光ダイオード。
- 前記バイアホールのアレイが、テーパ付きの及び／又は湾曲したホールのアレイを含む請求項２２に記載の発光ダイオード。
- 前記ダイオード領域が、周辺部と、前記周辺部によって囲まれた少なくとも１つ中心部と、前記少なくとも１つの中心部の中に限定されて前記周辺部上に延びない少なくとも１つの放射領域とを含む請求項１に記載の発光ダイオード。
- それぞれの１つが前記ペデスタルのそれぞれの１つの中に限定され、前記ペデスタルのそれぞれの１つを超えて延びない複数の放射領域を前記ダイオード領域上にさらに含む請求項１に記載の発光ダイオード。
- それぞれの１つが前記ペデスタルのそれぞれの１つの中に限定され、前記ペデスタルのそれぞれの１つを超えて延びない複数の電極を前記ダイオード領域上にさらに含む請求項１５に記載の発光ダイオード。
- 前記バイアホールに重なり合わない少なくとも１つの電極を前記ダイオード領域上にさらに含む請求項２２に記載の発光ダイオード。
- 前記基板が炭化ケイ素を含み、前記ダイオード領域が窒化ガリウムを含む請求項１に記載の発光ダイオード。
- 第１の面の表面積が第２の面よりも小さい、該第１及び該第２の対向する面を有する基板と、
該第１の面の小さい表面積内に限定された放射領域を含む、該第２の面上のダイオード領域と
を含んでなる発光ダイオード。 - 前記放射領域がメサを含む請求項３４に記載の発光ダイオード。
- 前記基板の第１の面が、テクスチャー加工した表面を含む請求項３４に記載の発光ダイオード。
- 前記メサの少なくとも一部上に透明な電極をさらに含む請求項３４に記載の発光ダイオード。
- 前記基板が所定の波長範囲の光放射に対して透明な炭化ケイ素の基板であり、前記ダイオード領域が前記所定の波長範囲の光を放射するように構成される請求項３４に記載の発光ダイオード。
- 第１の面の表面積が第２の面よりも小さい、該第１及び該第２の対向する面を有する基板と、
該第２の面上のダイオード領域と、
前記基板の反対側の前記ダイオード領域上にある取付け支持体と
を含んでなる発光ダイオード。 - 前記基板が所定の波長範囲の光放射に対して透明であり、前記ダイオード領域に対して電圧が印加されると、前記所定の波長範囲の光放射に対して透明な前記基板の中に前記所定の波長範囲の光を放射するように構成される請求項３９に記載の発光ダイオード。
- 前記ダイオード領域に対して電圧が印加されると、前記所定の波長範囲の光放射に対して透明な前記基板の中へと前記ダイオード領域から放射された光を前記第１の面から放射するように、前記取付け支持体が、前記ダイオード領域を支持するようさらに構成される請求項４０に記載の発光ダイオード。
- 前記ダイオード領域に対して電圧を印加すると、前記ダイオード領域から放射された光を反射して前記ダイオード領域に戻し、前記所定の波長範囲の光放射に対して透明な前記基板を通って前記前記第１の面から放射するように構成された、前記取付け支持体と前記ダイオード領域との間に反射材をさらに含む請求項４１に記載の発光ダイオード。
- 前記ダイオード領域と前記反射材との間に透明電極をさらに含む請求項４２に記載の発光ダイオード。
- 前記反射材と前記取付け支持体との間に障壁領域と、
前記障壁領域と前記取付け支持体との間に結合領域と
をさらに含む請求項４２に記載の発光ダイオード。 - 前記結合領域が、金、インジウム、はんだ、及び／又は、真鍮を含む請求項４４に記載の発光ダイオード。
- 基板と、
該基板上にあるダイオード領域と、
該基板及び該ダイオード領域の１つの上にある接点構造体と
を含み、該接点構造体が、
前記基板及び前記ダイオード領域の１つの上にあるオーム領域及び反射材領域と、
前記基板及び前記ダイオード領域の１つの反対側にある、前記オーム領域及び反射材領域上の障壁領域と、
前記オーム領域及び反射材領域の反対側の前記障壁領域上にある結合領域と
を含んでなる発光ダイオード。 - 前記障壁領域の反対側の前記結合領域上に取付けアセンブリをさらに含む請求項４６に記載の発光ダイオード。
- 前記オーム及び反射材領域が、前記基板及び前記ダイオード領域の１つの上にある透明なオーム層と、前記基板及び前記ダイオード領域の１つの反対側の前記透明なオーム層上にある反射材とを含んでおり、前記障壁領域が前記反射材上にある請求項４６に記載の発光ダイオード。
- 前記結合領域が、金、インジウム、はんだ、及び／又は、真鍮を含む請求項４６に記載の発光ダイオード。
- 前記透明なオーム層が、所定の波長範囲の光放射に対して透明であるように十分薄い、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／プラチナ、チタン、及び／又は、チタン／金から成る層を含む請求項４８に記載の発光ダイオード。
- 前記透明なオーム層の厚さが、１０Åと１００Åとの間である請求項５０に記載の発光ダイオード。
- 前記透明なオーム層が、酸化インジウムスズの層を含む請求項５０に記載の発光ダイオード。
- 前記透明なオーム層が、パターン化された透明なオーム層を含む請求項４８に記載の発光ダイオード。
- 前記パターン化された透明なオーム層が、グリッド及び／又はドットパターンを含む請求項４８に記載の発光ダイオード。
- 前記反射材が、反射性金属の少なくとも１つの層を含む請求項４８に記載の発光ダイオード。
- 前記オーム及び反射材領域が、銀及び／又はアルミニウムから成る１つの層を含む請求項４６に記載の発光ダイオード。
- 前記障壁領域が、ニッケル、ニッケル／バナジウム、及び／又は、チタン／タングステンを含む請求項４６に記載の発光ダイオード。
- 前記結合領域が、金、インジウム、はんだ、及び／又は、真鍮を含む請求項４６に記載の発光ダイオード。
- 前記透明なオーム層が、所定の波長範囲の光放射に対して透明であるように十分薄い、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／プラチナ、チタン、及び／又は、チタン／金から成る層を含み、前記反射材が、反射性金属の少なくとも１つの層を備え、前記障壁領域が、ニッケル、ニッケル／バナジウム、及び／又は、チタン／タングステンを含み、前記結合領域が、金、インジウム、はんだ、及び／又は、真鍮を含む請求項４８に記載の発光ダイオード。
- 前記透明なオーム層の厚さが、１０Åと１００Åとの間である請求項４８に記載の発光ダイオード。
- 前記パターン化された透明なオーム層が、グリッド及び／又はドットパターンを含む請求項５９に記載の発光ダイオード。
- 第１の面の表面積が第２の面よりも小さい、該第１及び該第２の対向する面を有する基板と、
前記第２の面上のダイオード領域と、
前記ダイオード領域と反対側の前記第１の面上にある第１のオーム層と、
前記基板と反対側の前記第１のオーム層上にある接着層と、
前記第１のオーム層の反対側の前記接着層上にある第１の障壁層と、
前記接着層の反対側の前記第１の障壁層上にある第１の結合層と、
前記基板の反対側の前記ダイオード領域上にある第２のオーム層と、
前記ダイオード領域の反対側の前記第２のオーム層上にある反射材層と、
前記第２のオーム層の反対側の前記反射材層上にある第２の障壁層と、
前記反射材層の反対側の前記第２の障壁層上にある第２の結合層と
を含んでなる発光ダイオード。 - 前記第２の障壁層の反対側にある前記第２の結合層上に取付け支持体をさらに含む請求項６２に記載の発光ダイオード。
- 前記第２のオーム層が、第２のオーム及び反射材層を含む請求項６２に記載の発光ダイオード。
- 前記第１のオーム層が、反射性金属を含む請求項６２に記載の発光ダイオード。
- 前記接着層が、チタンを含む請求項６２に記載の発光ダイオード。
- 前記第１の障壁層が、プラチナを含む請求項６２に記載の発光ダイオード。
- 前記第１の結合層が、金を含む請求項６２に記載の発光ダイオード。
- 前記第２のオーム層が、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／プラチナ、チタン、及び／又は、チタン／金を含む請求項６２に記載の発光ダイオード。
- 前記反射材層が、銀及び／又はアルミニウムを含む請求項６２に記載の発光ダイオード。
- 前記第２の障壁層が、ニッケル、ニッケル／バナジウム、及び／又は、チタン／タングステンを含む請求項６２に記載の発光ダイオード。
- 前記第２の結合層が、金、インジウム、はんだ、及び／又は、真鍮を含む請求項６２に記載の発光ダイオード。
- 前記第１のオーム層と、前記接着層と、前記第１の障壁層と、前記第１の結合層とのそれぞれが、中央部及び前記中央部から延びる少なくとも１つのフィンガを含む請求項６２に記載の発光ダイオード。
- 第１の面の表面積が第２の面よりも小さい、該第１及び該第２の対向する面を有する基板と、
前記第２の面上のダイオード領域と、
前記ダイオード領域の反対側にある前記第１の面上の銀及び／又はアルミニウムから成る第１の層と、
前記基板の反対側の前記第１の層上にあるチタンから成る第２の層と、
前記第１の層の反対側の前記第２の層上にあるプラチナから成る第３の層と、
前記第２の層の反対側の前記第３の層上にある金から成る第４の層と、
前記基板の反対側の前記ダイオード領域上にある、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／プラチナ、チタン、及び／又は、チタン／金から成る第５の層と、
前記ダイオード領域の反対側の前記第５の層上にある、銀及び／又はアルミニウムから成る第６の層と、
前記第５の層の反対側の前記第６の層上にある、ニッケル、ニッケル／バナジウム、及び／又は、チタン／タングステンから成る第７の層と、
前記第６の層の反対側の前記第７の層上にある、金、インジウム、はんだ、及び／又は、真鍮から成る第８の層と
を含んでなる発光ダイオード。 - 前記第７の層の反対側の前記第８の層上に取付け支持体をさらに含む請求項７４に記載の発光ダイオード。
- 第１の面の表面積が第２の面よりも小さい、該第１及び該第２の対向する面を有する基板と、
前記第２の面上のダイオード領域と、
前記ダイオード領域の反対側の前記第１の面上にある第１の接着層と、
前記基板の反対側の前記第１の接着層上にある第１の障壁層と、
前記第１の接着層の反対側の前記第１の障壁層上にある第１の結合層と、
前記基板の反対側の前記ダイオード領域上にあるオーム層と、
前記ダイオード領域の反対側の前記オーム層上にある反射材層と、
前記オーム層の反対側の前記反射材層上にある第２の接着層と、
前記反射材層の反対側の前記第２の接着層上にある第２の障壁層と、
前記第２の接着層の反対側の前記第２の障壁層上にある第２の結合層と
を含んでなる発光ダイオード。 - 前記第１の障壁層の反対側の前記第１の結合層上に取付け支持体をさらに含む請求項７６に記載の発光ダイオード。
- 前記オーム層が、オーム及び反射材層を含む請求項７６に記載の発光ダイオード。
- 前記第１の接着層が、チタンを含む請求項７６に記載の発光ダイオード。
- 前記第１の障壁層が、プラチナを含む請求項７６に記載の発光ダイオード。
- 前記第１の結合層が、金を含む請求項７６に記載の発光ダイオード。
- 前記オーム層が、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／プラチナ、チタン、及び／又は、チタン／金を含む請求項７６に記載の発光ダイオード。
- 前記反射材層が、銀及び／又はアルミニウムを含む請求項７６に記載の発光ダイオード。
- 前記第２の接着層が、チタンを含む請求項７６に記載の発光ダイオード。
- 前記第２の障壁層が、プラチナを含む請求項７６に記載の発光ダイオード。
- 前記第２の接着層が、金を含む請求項７６に記載の発光ダイオード。
- 第１の面の表面積が第２の面よりも小さい、該第１及び該第２の対向する面を有する基板と、
前記第２の面上のダイオード領域と、
前記ダイオード領域の反対側の前記第１の面上にあるチタンから成る第１の層と、
前記基板の反対側の前記第１の層上にあるプラチナから成る第２の層と、
前記第１の層の反対側の前記第２の層上にある金から成る第３の層と、
前記基板の反対側の前記ダイオード領域上にある、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／プラチナ、チタン、及び／又は、チタン／金から成る第４の層と、
前記ダイオード領域の反対側の前記第４の層上にある、銀及び／又はアルミニウムから成る第５の層と、
前記第４の層の反対側の前記第５の層上にあるチタンから成る第６の層と、
前記第５の層の反対側の前記第６の層上にあるプラチナから成る第７の層と、
前記第６の層の反対側の前記第７の層上にある金から成る第８の層と
を含んでなる発光ダイオード。 - 前記第２の層の反対側の前記第３の層上に取付け支持体をさらに含む請求項８７に記載の発光ダイオード。
- 対向する第１及び第２の面を有する補償された無色の炭化ケイ素の基板と、
ダイオード領域に対して電圧が印加されると、前記基板内に光を放射するように構成された前記第２の面上にある前記窒化ガリウムベースのダイオード領域と
を含んでなる発光ダイオード。 - 前記ダイオード領域に対して電圧を印加すると、前記ダイオード領域から前記基板内に放射された光が前記基板から放射されるように、前記ダイオード領域を支持するように構成された、前記基板と反対側にある前記ダイオード領域上に取付け支持体をさらに含む請求項８９に記載の発光ダイオード。
- 前記第１の面を支持するように構成された、前記ダイオード領域と反対側にある前記第１の面上に取付け支持体をさらに含む請求項８９に記載の発光ダイオード。
- 前記ダイオード領域に対して電圧を印加すると、前記ダイオード領域から放射された光を反射して前記ダイオード領域に戻し、前記基板を通って前記基板から放射するように構成された反射材を、前記取付け支持体と前記ダイオード領域との間にさらに含む請求項９０に記載の発光ダイオード。
- 前記ダイオード領域に対して電圧を印加すると、前記第１の面から放射された光を反射して前記基板の中に戻すように構成された反射材を、前記取付け支持体と前記第１の面との間にさらに含む請求項９１に記載の発光ダイオード。
- 前記ダイオード領域と前記反射材との間に透明電極をさらに含む請求項９２に記載の発光ダイオード。
- 前記前記第１の面と前記反射材との間に透明電極をさらに含む請求項９３に記載の発光ダイオード。
- 前記反射材が、少なくとも１つの反射性金属の層を含む請求項９２に記載の発光ダイオード。
- 前記透明電極が、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／プラチナ、チタン、及び／又は、チタン／金の層を含む請求項９４に記載の発光ダイオード。
- 前記反射材と前記取付け支持体との間の障壁領域と、
前記障壁領域と前記取付け支持体との間の結合領域と
をさらに含む請求項９２に記載の発光ダイオード。 - 前記反射材と前記取付け支持体との間にある障壁領域と、
前記障壁領域と前記取付け支持体との間にある結合領域と
をさらに含む請求項９３に記載の発光ダイオード発光ダイオード。 - 前記結合領域が、金、インジウム、はんだ、及び／又は、真鍮を含む請求項９８に記載の発光ダイオード。
- 前記結合領域が、金、インジウム、はんだ、及び／又は、真鍮を含む請求項９９に記載の発光ダイオード。
- 前記ダイオード領域と反対側にある前記第１の面に隣接した光学素子をさらに含む請求項８９に記載の発光ダイオード。
- 前記基板の第１の面が、断面では、前記第１の面から前記第２の面に向かって前記基板の中に延びる複数のペデスタルを形成する少なくとも１つの溝を中に含む請求項８９に記載の発光ダイオード。
- 前記ペデスタルが、三角形のペデスタルである請求項１０３に記載の発光ダイオード。
- 前記溝が、テーパ付きの及び／又は湾曲した側壁を含む請求項１０３に記載の発光ダイオード。
- 前記溝が、傾斜した及び／又は湾曲した床面を含む請求項１０３に記載の発光ダイオード。
- 前記溝が、傾斜した及び／又は湾曲した床面を含む請求項１０５に記載の発光ダイオード。
- 前記基板の第１及び第２の面が、正方形の周辺部を含む請求項１０３に記載の発光ダイオード。
- 前記基板の第１の面が、テクスチャー加工した表面を含む請求項１０３に記載の発光ダイオード。
- 前記基板の第１の面が、断面では、前記第１の面から前記第２の面に向かって前記基板の中に延びる複数のペデスタルを形成するバイアホールのアレイを中に含む請求項８９に記載の発光ダイオード。
- 前記バイアホールが、テーパ付きの及び／又は湾曲した側壁を含む請求項１１０に記載の発光ダイオード。
- 前記バイアホールが、平坦な床面と、傾斜した床面と、湾曲した床面とのいずれかを含む請求項１１０に記載の発光ダイオード。
- 前記バイアホールが、平坦な床面と、傾斜した床面と、湾曲した床面とのいずれかを含む請求項１１１に記載の発光ダイオード。
- 前記基板の第１及び第２の面が、正方形の周辺部を含む請求項１１０に記載の発光ダイオード。
- 前記基板の第１の面が、テクスチャー加工した表面を含む請求項１１０に記載の発光ダイオード。
- 前記バイアホールのアレイが、テーパ付きの及び／又は湾曲したホールのアレイを含む請求項１１０に記載の発光ダイオード。
- 前記ダイオード領域が、周辺部と、前記周辺部によって囲まれた少なくとも１つ中心部と、前記少なくとも１つの中心部の中に限定され、前記周辺部上に延びない少なくとも１つの放射領域とを含む請求項８９に記載の発光ダイオード。
- それぞれの１つが前記ペデスタルのそれぞれの１つの中に限定され、前記ペデスタルのそれぞれの１つを超えて延びない複数の放射領域を前記ダイオード領域上にさらに含む請求項８９に記載の発光ダイオード。
- それぞれの１つが前記ペデスタルのそれぞれの１つの中に限定され、前記ペデスタルのそれぞれの１つを超えて延びない複数の電極を前記ダイオード領域上にさらに含む請求項１０３に記載の発光ダイオード。
- 前記バイアホールに重なり合わない少なくとも１つの電極を前記ダイオード領域上にさらに含む請求項１１０に記載の発光ダイオード。
- 第１及び第２の対向する面を有する基板と、
ダイオード領域に対して電圧が印加されると、前記基板内に光を放射するように構成された前記第２の面上にある前記窒化ガリウムベースのダイオード領域と、
前記ダイオード領域によって前記基板内に放射された前記光の少なくともいくらかを前記基板から抽出する手段と
を含んでなる発光ダイオード。 - 前記基板が炭化ケイ素を含み、前記抽出する手段が無色の炭化ケイ素の基板を提供するために炭化ケイ素内のドーパントを補償する手段を含む請求項１１０に記載の発光ダイオード。
- 前記抽出する手段が、断面では、前記第１の面から前記第２の面に向かって前記基板の中に延びる複数のペデスタルを形成するために、前記基板をパターン化する手段を含む請求項１２１に記載の発光ダイオード。
- 第１及び第２の対向する面を有し、所定の波長範囲の光放射に対して透明な基板の第２の面上で、前記所定の波長範囲の光を放射するように構成されたダイオード領域を形成するステップと、
断面では、前記第１の面から前記第２の面に向かって前記基板の中に延びる複数のペデスタルを形成するために、前記基板をパターン化するステップと
を含んでなる、発光ダイオードの製造方法。 - 前記ダイオード領域に対して電圧を印加すると、前記ダイオード領域から所定の波長範囲の光放射に対して透明な前記基板内に放射された光が前記複数のペデスタルから放射されるように、前記ダイオード領域を支持するように構成された取付け支持体上に前記ダイオード領域を取り付けるステップをさらに含む請求項１２４に記載の製造方法。
- 前記第１の面を取付け支持体上に取り付けるステップをさらに含む請求項１２４に記載の方法。
- 前記取り付けるステップが、電圧を前記ダイオード領域に対して印加すると、反射材が前記ダイオード領域から放射された光を反射して前記ダイオード領域に戻し、前記基板を通って前記複数のペデスタルから放射するように構成されるように、前記第１及び第２の対向する面を有する前記基板の前記第２の面上にある前記ダイオード領域上に前記反射材を形成するステップの後に行われ、
前記取り付けるステップが、電圧を前記ダイオード領域に対して印加すると、前記ダイオード領域から所定の波長範囲の光放射に対して透明な前記基板内に放射された光が前記複数のペデスタルから放射されるように、前記ダイオード領域を支持するように構成された前記取付け支持体上に前記反射材を取り付けることを含む請求項１２５に記載の製造方法。 - 前記反射材を形成する方法が、前記基板の反対側の前記ダイオード領域上に透明電極を形成するステップの後に行われ、
前記反射材を形成するステップが、反射材が前記ダイオード領域から放射された光を反射して前記ダイオード領域に戻し、前記基板を通って前記複数のペデスタルから放射するように構成されるように、前記ダイオード領域の反対側の前記透明基板上に前記反射材を形成するステップを含む請求項１２７に記載の製造方法。 - 前記反射材が、少なくとも１つの反射性金属の層を含む請求項１２７に記載の製造方法。
- 前記透明電極が、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／プラチナ、チタン、及び／又は、チタン／金の層を含む請求項１２８に記載の製造方法。
- 前記取り付けるステップが、
前記反射材上に障壁領域を形成するステップと、
前記障壁領域上に結合領域を形成するステップと
の後に行われ、
前記取り付けるステップが、前記結合領域を前記取付け支持体に結合することを含む請求項１２８に記載の製造方法。 - 前記結合領域が、金、インジウム、はんだ、及び／又は、真鍮を含む請求項１３１に記載の製造方法。
- 前記取付け支持体が、ヒートシンクを含む請求項１３１に記載の製造方法。
- 前記ダイオード領域の反対側の前記第１の面に隣接して光学素子を取り付けるステップをさらに含む請求項１２４に記載の製造方法。
- 前記パターン化するステップが、
前記基板内に前記複数のペデスタルを形成するために、前記基板の第１の面内に少なくとも１つの溝を形成するステップを含む請求項１２４に記載の製造方法。 - 前記ペデスタルが、三角形のペデスタルである請求項１３５に記載の製造方法。
- 前記溝が、テーパ付きの及び／又は湾曲した側壁を含む請求項１３５に記載の製造方法。
- 前記溝が、傾斜した床面及び／又は湾曲した床面を含む請求項１３５に記載の製造方法。
- 前記溝が、傾斜した床面及び／又は湾曲した床面を含む請求項１３７に記載の製造方法。
- 前記基板の第１の面をテクスチャー加工するステップをさらに含む請求項１３５に記載の製造方法。
- 前記パターン化するステップが、前記炭化ケイ素の基板の第１の面内にバイアホールのアレイを反応イオンエッチングすることを含む請求項１２４に記載の製造方法。
- 前記バイアホールが、テーパ付きの側壁及び／又は湾曲した側壁を含む請求項１４１記載の製造方法。
- 前記バイアホールが、平坦な床面と、傾斜した床面と、湾曲した床面とのいずれかを含む請求項１４１記載の製造方法。
- 前記バイアホールが、平坦な床面と、傾斜した床面と、湾曲した床面とのいずれかを含む請求項１４２記載の製造方法。
- 前記第１の面をテクスチャー加工するステップを含む請求項１４１記載の方法。
- 前記ダイオード領域が周辺部と前記周辺部によって囲まれた少なくとも１つの中心部とを含み、前記少なくとも１つの中心部内に限定されて、前記周辺部上に延びない少なくとも１つの放射領域を前記ダイオード領域内に形成するステップをさらに含む請求項１４１記載の製造方法。
- それぞれの１つが前記ペデスタルのそれぞれの１つの中に限定され、前記ペデスタルのそれぞれの１つを超えて延びない複数の電極を前記ダイオード領域上に形成するステップをさらに含む請求項１３５記載の製造方法。
- 前記バイアホールに重なり合わない電極を前記ダイオード領域上に形成するステップをさらに含む請求項１４１記載の製造方法。
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