JP2005072585A - 窒化物系高効率発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、高効率な窒化物発光装置に関する。
【解決手段】 窒化物発光装置は、一時的な基板及びこの基板に結合された発光スタックを有する。一時的な基板を除去することにより、光放射及び輝度の効率を増加するように、この基板に結合された発光スタック上に粗野な表面が形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子に係り、特に、窒化物系高効率発光素子に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）の応用例は、広範囲に及んでおり、かかる適用例には、光学ディスプレイ装置、信号機、データ保存措置、通信装置、照射装置及び医療機器を含む。

ＬＥＤ光は、一つの位置に集束せずに、様々な方向に進行する。しかしながら、ＬＥＤから発生した光は、ＬＥＤから容易に放射されない。スネルの法則によると、臨界角θｃ内の角度にて放射された光のみが完全に放出され、その他の光は反射され且つ吸収される。言い換えれば、ＬＥＤ光の角度は、完全に放出されるように、２θｃの円錐状の範囲に収まる必要がある。２θｃ以上の角度にて放射された光は反射される。ＬＥＤ光が大きい屈折率を有する材料から小さい屈折率を有する材料へと進行する場合、放出された光の角度は、屈折率の効果に起因して制限されてしまう。従って、光放射の効率を如何にして向上させるかは重要な問題である。

ＬＥＤの製造方法は、特許文献１に開示されており、粗野な表面への化学的エッチングにより、全体的な屈折を低下させ、且つ光放射の効率を向上される。しかしながら、この方法は、その硬度のため、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる材料群に適合し得ず、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）などの他の方法に置き換えられる。

先行技術の窒化型ＬＥＤは、サファイア製基板、この基板上に形成された第１窒化物スタック、この第１窒化物スタック上に形成された窒化型発光層及びこの窒化型発光層上に形成された第２窒化物スタックを含む。この第２窒化物スタックは、窒化型発光層から光を直接放出する。窒化物のエピタキシーに関する制約のため、第２窒化物スタックは、エピタキシーにおける固定された厚みを蓄積するのみであって、ＩＰＣ工程中のエッチングに対して第１窒化物層が損傷を受け易くなる。結果として、このＬＥＤの構造及び機能は破壊される。
米国特許第５，０４０，０４４号明細書

本発明の目的は、高効率な窒化物系発光装置を提供することである。

本発明による窒化物系の発光装置は、サファイア製基板、このサファイア製基板上に形成された第１窒化物スタック、この第１窒化物スタック上に形成された窒化物系発光層及びこの窒化物系発光層上に形成された第２窒化物スタックを有する。接着層は、上記の基板を上記の第２窒化物スタックに接着させており、上記のサファイア製基板はその後取り除かれる。第１窒化物スタックとサファイア製基板との間の接触表面は、第１窒化物スタックの表面が粗野な領域となるように、エッチングされる。第１窒化物スタック層のエピタキシー厚は２〜１０μｍであるので、この厚みは、エッチングするのに十分である。従って、エッチングするには薄すぎるというスタック層の厚みに関する問題は、解決可能である。上記の粗野な表面に関して、発光装置の光効率は増加可能となる。

本発明の高効率で窒化物系の発光装置は、基板、基板上に形成された透明接着層及び透明接着層上に形成された透明導電層を有する。透明導電層の表面には、第１領域と第２領域とを有し、第１窒化物接触層は、透明導電層の第１領域上に形成され、第１窒化物被覆層は、第１窒化物接触層上に形成され、第２窒化物被覆層は、第１窒化物被覆層上に形成され、窒化物バッファ層は、第２窒化物被覆層上に形成される。窒化物バッファ層は、粗野表面と電極接触表面とを有し、第１電極は、第２領域上に形成され、第２電極は、電極接触領域上に形成される。

上述の構成において、基板は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ガラス、石英、ＧａＰ、Ｇｅ、ＡｌＧａＡｓ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＧａＮ、Ｃｕ及びＣｕＷからなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を含む。透明接着層は、Ｐｉ、ＢＣＢ及びＰＦＣＢからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。第１被覆層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。発光層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。第２被覆層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。第１接触層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。上記のバッファ層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。透明導電層は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、酸化亜鉛及び亜鉛スズ酸化物からなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。

種々の図面及び好適実施例に関する以下の詳細な記載により、本発明の上記及びその他の目的は当業者に疑いなく明らかとなる。

粗野領域を有することにより、本発明による発光装置の光効率は増大する。

図１は、本発明による、高効率な窒化物発光装置１の概略図を示す。窒化物発光装置１は、基板１０、基板上に形成された透明接着層１１及び透明導電層１２を有する。透明導電層の表面には、第１領域、第２領域、第１領域上に形成された第１窒化物接触層１３、第１窒化物接触層１３上に形成された第１窒化物被覆層１４０、第１窒化物被覆層１４０上に形成された窒化物発光層１４１、窒化物発光層１４１上に形成された第２窒化物被覆層１４２及び第２窒化物被覆層１４２上に形成された窒化物バッファ層１５を有する。窒化物バッファ層１５は、粗野表面１５１及び電極接触領域１５２を有し、第１電極１６は、透明導電層１２の第２領域上に形成され、第２電極１７は、電極接触領域１５２上に形成される。

図２は、本発明による高効率な、窒化物発光装置２に関する概略図を示す。窒化物発光装置２の配置は、窒化物発光装置１と同様であるが、窒化物発光装置２の窒化物バッファ層２５が、粗野表面２５１、粗野表面２５１上に形成された透明導電層２８、上記の第２領域上に形成された第１電極１６及び上記の電極接触領域上に形成された第２電極１７を有する。

上述の高効率な、窒化物発光装置１及び窒化物発光装置２において、接着力を増加するように、第１反応層は、基板と透明接着層との間に形成されてもよく、第２反応層は、透明接着層と第１窒化物接触層との間に形成されてもよい。さらに、金属製反射層は、輝度を増加するように、基板と第１反応層との間、第１窒化物接触層と第２反応層との間、又は透明接着層の反対の基板の表面に形成されてもよい。

図３を参照すると、本発明による高効率な、接着反射層を有する窒化物発光装置３を示す。窒化物発光装置３は、基板３０、基板に形成された透明接着層３１、透明接着層３１上に形成された透明導電層３２、透明導電層３２上に形成された第１窒化物接触層３３、第１窒化物接触層３３上に形成された第１窒化物被覆層３４０、第１窒化物被覆層３４０上に形成された窒化物発光層３４１、窒化物発光層３４１上に形成された第２窒化物被覆層３４２及び第２窒化物被覆層３４２上に形成された窒化物バッファ層３５を有する。窒化物バッファ層３５は、粗野領域３５１及び電極接触領域３５２を有し、第１電極３６は、透明接着層３１の反対の基板３０の表面上に形成され、第２電極３７は、電極接触領域３５２上に形成される。

上述の高効率な窒化物発光装置３において、第１反応層は、接着力を増加するように、基板と透明接着層との間に形成されてもよく、第２反応層は、透明接着層と第１窒化物接触層との間に形成されてもよい。さらに、金属製反射層は、輝度を増加するように、基板と第１反応層との間又は第１窒化物接触層と第２反応層との間に形成されてもよい。加えて、透明導電接触層は、金属製接着層又は金属製反射接着層と置き換えられてもよい。

上述の実施例において、透明導電層は、オーム接触層及び電流分布層として、窒化物バッファ層と第２電極の間に形成されてもよい。

上述の実施例において、粗野表面の製造方法は、エッチング法であってもよく、中でもドライエッチング法が好ましい。

上述の実施例において、基板は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ガラス、石英、ＧａＰ、Ｇｅ、ＡｌＧａＡｓ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＧａＮ、Ｃｕ及びＣｕＷからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。透明接着層は、Ｐｉ、ＢＣＢ及びＰＦＣＢからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。導電接着層は、本質的に導電性のポリマー及び金属材料でドープされた導電性ポリマーからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有し、上記の導電性材料は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、酸化亜鉛、亜鉛スズ酸化物、Ａｕ及びＮｉ／Ａｕからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。第１反応層及び第２反応層は、ＳｉＮｘ、Ｔｉ及びＣｒからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。金属製反射層、金属製接着層又は金属製反射接着層は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｃｕ、ＡｕＢｅ、ＡｕＧｅ、Ｎｉ、ＰｂＳｎ及びＡｕＳｎからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。第１被覆層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。窒化物発光層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。第２被覆層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。第１接触層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。上記のバッファ層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。透明導電層は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、酸化亜鉛及び亜鉛スズ酸化物からなる材料群から選択された少なくとも一つの材料を有する。

本発明の教示を留意しつつ、本発明の装置に関する種々の改変及び変更を行ってもよいことは、当業者であれば即座に認識されるであろう。従って、上述の開示は、添付した請求項に関する境界及び範囲によってのみ限定的に解釈されるべきである。

本発明における高効率な窒化物系の発光装置に関する概略図を示す。 本発明における高効率な窒化物系の発光装置に関する概略図を示す。 本発明における高効率な窒化物系の発光装置に関する概略図を示す。

符号の説明

１ 窒化物発光装置
２ 窒化物発光装置
３ 窒化物発光装置
１０ 基板
１１ 透明接着層
１２ 透明導電層
１３ 第１窒化物接触層
１５ 窒化物バッファ層
１６ 第１電極
１７ 第２電極
２５ 窒化物バッファ層
２８ 透明導電層
３０ 基板
３１ 透明接着層
３２ 透明導電層
３３ 第１窒化物接触層
３５ 窒化物バッファ層
３６ 第１電極
３７ 第２電極
１４０ 第１窒化物被覆層
１４１ 窒化物発光層
１４２ 第２窒化物被覆層
１５１ 粗野表面
１５２ 電極接触領域
２５１ 粗野表面
３４０ 第１窒化物被覆層
３４１ 窒化物発光層
３４２ 第２窒化物被覆層
３５１ 粗野領域
３５２ 電極接触領域

Claims (48)

1. 基板；
   該基板上に形成された接着層；及び
   該接着層上に形成された窒化物発光スタック；
   を備える高効率窒化物発光装置であって、
   前記窒化物発光スタックは、前記接着層に近接した第１表面と粗野表面を有する第２表面とを備えている、
   ことを特徴とする高効率窒化物発光装置。
2. 前記接着層は、透明接着層であることを特徴とする請求項１に記載の高効率窒化物発光装置。
3. 前記透明接着層は、透明導電接着層であることを特徴とする請求項２に記載の高効率窒化物発光装置。
4. 前記透明接着層は、透明絶縁接着層であることを特徴とする請求項２に記載の高効率窒化物発光装置。
5. 前記接着層は、不透明接着層であることを特徴とする請求項１に記載の高効率窒化物発光装置。
6. 前記不透明接着層は、不透明導電接着層であることを特徴とする請求項５に記載の高効率窒化物発光装置。
7. 前記不透明接着層は、不透明絶縁接着層であることを特徴とする請求項５に記載の高効率窒化物発光装置。
8. 前記基板と前記接着層との間に第１反応層をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の高効率窒化物発光装置。
9. 前記接着層と前記発光層との間に第２反応層をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の高効率窒化物発光装置。
10. 前記基板と前記第１反応層との間に金属製反射層をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の高効率窒化物発光装置。
11. 前記第２反応層と前記発光層との間に金属製反射層をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の高効率窒化物発光装置。
12. 前記金属製反射層と前記窒化物発光スタックとの間に透明導電層をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の高効率窒化物発光装置。
13. 前記接着層と前記窒化物発光スタックとの間に透明導電層をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の高効率窒化物発光装置。
14. 前記接着層は、金属製接着層であることを特徴とする請求項１に記載の高効率窒化物発光装置。
15. 前記接着層は、金属製反射接着層であることを特徴とする請求項１に記載の高効率窒化物発光装置。
16. 前記発光層の前記粗野領域上に形成された電極をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の高効率窒化物発光装置。
17. 前記透明導電層上に形成された電極をさらに有することを特徴とする請求項１６に記載の高効率窒化物発光装置。
18. 前記窒化物発光スタック上に形成された電極接触領域をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の高効率窒化物発光装置。
19. 前記電極領域上に形成された電極をさらに有することを特徴とする請求項１８に記載の高効率窒化物発光装置。
20. 前記発光層は：
    第１窒化物スタック；
    窒化物多量子井戸発光層；及び
    第２窒化物スタック；
    を有することを特徴とする請求項１に記載の高効率窒化物発光装置。
21. 基板；
    該基板上に形成された透明接着層；
    該透明接着層上に形成された透明導電層であって、該透明導電層は、エピタキシー領域と第１電極接触領域とを有する、透明導電層；
    前記エピタキシー領域上に形成された第１窒化物接触層；
    該第１窒化物接触層上に形成された第１窒化物被覆層；
    該第１窒化物被覆層上に形成された窒化物発光層；
    該窒化物発光層上に形成された第２窒化物被覆層；
    粗野表面と第２電極接触領域とを有する、前記第２窒化物被覆層上に形成された窒化物バッファ層；
    前記第１電極接触領域上に形成された第１電極；及び
    前記第２電極接触領域上に形成された第２電極；
    を有する高効率窒化物発光装置。
22. 前記基板と前記透明接着層との間に第１反応層をさらに有することを特徴とする請求項２１に記載の高効率窒化物発光装置。
23. 前記透明接着層と前記透明導電層との間に第２反応層をさらに有することを特徴とする請求項２１に記載の高効率窒化物発光装置。
24. 前記基板と前記第１反応層との間に金属製反射層をさらに有することを特徴とする請求項２２に記載の高効率窒化物発光装置。
25. 前記第２反応層と前記透明導電層との間に金属製反射層をさらに有することを特徴とする請求項２３に記載の高効率窒化物発光装置。
26. 前記第２電極接触領域と前記第２電極との間の、前記窒化物バッファ層の前記粗野領域上に形成された透明導電層をさらに有することを特徴とする請求項２１に記載の高効率窒化物発光装置。
27. 前記第１電極接触領域と前記第１電極との間に透明導電層をさらに有することを特徴とする請求項２１に記載の高効率窒化物発光装置。
28. 基板；
    該基板上に形成された導電性接着層；
    該導電性接着層上に形成された第１窒化物接触層；
    該第１窒化物接触層上に形成された第１窒化物被覆層；
    該第１窒化物被覆層上に形成された窒化物発光層；
    該窒化物発光層上に形成された第２窒化物被覆層；
    粗野領域と電極接触領域とを有する、前記第２窒化物被覆層上に形成された窒化物バッファ層；
    前記基板上に形成された第１電極；及び
    前記電極接触層上に形成された第２電極；
    を有する高効率窒化物発光装置。
29. 前記基板と前記導電性接着層との間に第１反応層をさらに有することを特徴とする請求項２８に記載の高効率窒化物発光装置。
30. 前記導電性接着層と前記第１窒化物接触層との間に第２反応層をさらに有することを特徴とする請求項２８に記載の高効率窒化物発光装置。
31. 前記基板と前記第１反応層との間に金属製反射層をさらに有することを特徴とする請求項２９に記載の高効率窒化物発光装置。
32. 前記第２反応層と前記第１窒化物接触層との間に金属製反射層をさらに有することを特徴とする請求項３０に記載の高効率窒化物発光装置。
33. 前記第２電極接触領域と前記第２電極との間の、前記窒化物バッファ層の前記粗野領域上に形成された透明導電層をさらに有することを特徴とする請求項２８に記載の高効率窒化物発光装置。
34. 前記導電性接着層と前記第１電極接触領域との間に透明導電層をさらに有することを特徴とする請求項２８に記載の高効率窒化物発光装置。
35. 前記基板は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ガラス、石英、ＧａＰ、Ｇｅ、ＡｌＧａＡｓ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＧａＮ、Ｃｕ及びＣｕＷ並びにこれらと同種の材料からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を含んでいることを特徴とする請求項１、２１又は２８に記載の高効率窒化物発光装置。
36. 前記接着層は、ＰＩ、ＢＣＢ、ＰＦＣＢ、本質的に導電性のポリマー及び導電性を有する金属材料でドープされたポリマー並びにこれらと同種の材料からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の高効率窒化物発光装置。
37. 前記透明接着層は、ＰＩ、ＢＣＢ及びＰＦＣＢ並びにこれらと同種の材料からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を含んでいることを特徴とする請求項２１に記載の高効率窒化物発光装置。
38. 前記導電性接着層は、本質的に導電性のポリマー及び導電性を有する金属材料でドープされたポリマー並びにこれらと同種の材料からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を含んでいることを特徴とする請求項２８に記載の高効率窒化物発光装置。
39. 前記導電材料は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、酸化亜鉛、亜鉛スズ酸化物、Ａｕ及びＮｉ／Ａｕ並びにこれらと同種の材料からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を含んでいることを特徴とする請求項３８に記載の高効率窒化物発光装置。
40. 前記金属材料は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｐｄ及びこれら金属の合金並びにこれらと同種の材料からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を含んでいることを特徴とする請求項３８に記載の高効率窒化物発光装置。
41. 前記発光層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ並びにこれらと同種の材料からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の高効率窒化物発光装置。
42. 前記第１窒化物被覆層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ並びにこれらと同種の材料からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を含んでいることを特徴とする請求項２１又は２８に記載の高効率窒化物発光装置。
43. 前記窒化物発光層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ並びにこれらと同種の材料からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を含んでいることを特徴とする請求項２１又は２８に記載の高効率窒化物発光装置。
44. 前記第２窒化物被覆層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ並びにこれらと同種の材料からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を含んでいることを特徴とする請求項２１又は２８に記載の高効率窒化物発光装置。
45. 前記第１窒化物接触層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＧａＮ並びにこれらと同種の材料からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を含んでいることを特徴とする請求項２１又は２８に記載の高効率窒化物発光装置。
46. 前記窒化物バッファ層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＧａＮ並びにこれらと同種の材料からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を含んでいることを特徴とする請求項２１又は２８に記載の高効率窒化物発光装置。
47. 前記第１反応層は、ＳｉＮｘ、Ｔｉ及びＣｒ並びにこれらと同種の材料からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を含んでいることを特徴とする請求項８、２２又は２９に記載の高効率窒化物発光装置。
48. 前記第２反応層は、ＳｉＮｘ、Ｔｉ及びＣｒ並びにこれらと同種の材料からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を含んでいることを特徴とする請求項９、２３又は３０に記載の高効率窒化物発光装置。

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