JP2005191110A - 窒化物発光装置及び高発光効率窒化物発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 窒化物発光装置及び高発光効率窒化物発光装置の提供。
【解決手段】 窒化物発光装置は、光線キャプチャ層を具えた基板と、その上に成長させた窒化物発光構造を具え、光線経路を改変することで発光効率を高められ光線キャプチャ層と基板の屈折率のマッチングにより、更に大幅に発光効率を高められる。
このほか、本発明による高発光効率窒化物発光装置は、犠牲層基板の上に窒化物発光構造を成長させ、二種類以上の金属或いは合金で構成した結合層により、基板上の窒化物発光構造と高い熱伝導係数を具えた基板を結合させ、化学溶液でこの犠牲層基板を完全にエッチングして除去し、成長させた構造をもとの基板より剥離し、窒化物発光構造を高い熱伝導係数を具えた基板上に移しかえる。載置基板は高い熱伝導係数を具えた基板であるため、この装置を高電流で操作する時、大幅にその発光効率を高めることができる。
【選択図】 図１４
【解決手段】 窒化物発光装置は、光線キャプチャ層を具えた基板と、その上に成長させた窒化物発光構造を具え、光線経路を改変することで発光効率を高められ光線キャプチャ層と基板の屈折率のマッチングにより、更に大幅に発光効率を高められる。
このほか、本発明による高発光効率窒化物発光装置は、犠牲層基板の上に窒化物発光構造を成長させ、二種類以上の金属或いは合金で構成した結合層により、基板上の窒化物発光構造と高い熱伝導係数を具えた基板を結合させ、化学溶液でこの犠牲層基板を完全にエッチングして除去し、成長させた構造をもとの基板より剥離し、窒化物発光構造を高い熱伝導係数を具えた基板上に移しかえる。載置基板は高い熱伝導係数を具えた基板であるため、この装置を高電流で操作する時、大幅にその発光効率を高めることができる。
【選択図】 図１４
Description
本発明は窒化物発光装置に関する発明であり、それは光線キャプチャ層を具えた基板の上に、窒化物発光構造を成長させ、この光線キャプチャ層により光線経路を改変して発光効率を高めたものであり、光線キャプチャ層と基板の間の屈折率のマッチングにより、更に大幅にその発光効率を高められる窒化物発光装置である。
本発明はまた一種の高発光効率窒化物発光装置に関する発明であり、それは、犠牲層を具えた基板の上に、窒化物発光構造を成長させ、その後、二種類以上の金属或いは合金の結合層により、高い熱伝導係数の基板と結合させ、さらにケミカルエッチングにより、化学溶液でこの犠牲層を完全に除去し、もとの基板を剥離して、窒化物発光構造を完全に高い熱伝導係数の基板に移しかえてなり、高電流で操作する時の発光効率を大幅に高めた高発光効率窒化物発光装置である。
周知の技術の発光装置の発光効率は半導体材料と外界材質の間の屈折率の差異により、ほとんどの光線が透過射出されないために大幅に下がる。窒化物発光装置を例に挙げると、基板上の成長させた窒化物の屈折率は２．０〜２．５であり、窒化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）基板の屈折率は１．７７であり、一般にパッケージに採用されるエポキシ樹脂の屈折率は１．５であり、このため、大量の光線がエピタキシャル層内部より透過射出されずに吸収されてしまい、装置の発光効率が２０％よりはるかに低くなる。
特許文献１には基板背面と側面を粗化して光線出力を増す方法が記載されている。この工程は実現が容易でなく、高い歩留りを得ることができない。
図１は特許文献１の窒化物発光構造１０を示し、この窒化物発光構造１０は、酸化アルミニウム基板１４及びその上に成長させられたｐ型窒化物エピタキシャル層１１及びｎ型窒化物エピタキシャル層１３を具えている。これらエピタキシャル層１１、１３は現行の周知のエピタキシャル技術により形成される。この装置の構造は、窒化物と酸化アルミニウム基板の両者に屈折率の差異があるために、大量の光線が発光構造内部を透過して投射され得ず、エピタキシャル層に吸収されてしまい、この装置の発光効率はこのため２０％よりはるかに低くなる。
特許文献２には透明導電電極をそれ依然の半透明オームコンタクト金属層の代わりに採用する方法が記載され、それは大幅に光線吸収を減らす効果を有し、これにより大幅にその発光効率を高めることができる。しかし、実際の応用中、このような装置の使用寿命は短い。
この特許文献２に記載の構造は図２に示され、これは上述の特許文献１の状況を回避するために提供され、基板背面と側面が粗化されて光線出力が増されているが、このような工程は実現しにくく、且つ高い歩留りを獲得できない。
このほか、周知の技術の窒化物発光装置は窒化アルミニウムをエピタキシャル成長基板とし、基板自身を絶縁体としているため、ｐ型とｎ型電極が同一側に置かれるが、ダイの有効発光領域が減る。さらに、成長基板が低熱伝導係数の材質であるため、高電流下でこの装置を応用することはできない。
図１６は周知の技術の窒化物発光構造７０を示し、この窒化物発光構造７０は酸化アルミニウム基板７４とその上に成長させたｐ型窒化物エピタキシャル層７１とｎ型窒化物エピタキシャル層７３を具えている。エピタキシャル層７１、７３は既存のエピタキー技術で形成されたエピタキシャル構造層とされる。成長基板は絶縁体とされ、このため、ｐ型とｎ型電極が基板の同一側に設置され、装置の有効発光領域が減る。このほか、酸化アルミニウムは低い熱伝導係数の材料であり、このため高電流下でのこの装置の操作と応用ができない。
図１７に示される特許文献３には上述の状況を避けるための方法が記載され、それは、エクシマレーザー（ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ）を利用し酸化アルミニウム基板と窒化物エピタキシャル層を分離する方法であるが、この方法は実現が容易でなく且つ高い歩留りを得ることができない。
このように、以上に述べた周知の技術はそれぞれに欠点と制限を有している。
以上の従来の技術を問題を鑑み、本発明はそれを改善するためになされた。
１．上述の従来の技術の前半部に述べた問題を解決するためには、エピタキシャル層の光線吸収効果を減らさねばならず、このため、酸化アルミニウム基板の上に光線キャプチャ層を成長させ、その上部に異なるパターンを製作し、その後、窒化物エピタキシャル層をその上に成長させる。電流がこの装置に通入される時、光線は発光層より射出された後に基板に至る前に、光線キャプチャ層に出会いこの光線の進行経路が改変され、もとはエピタキシャル層に吸収されていた光線が、これによりこの装置より大量に投射されるようになる。
このほか、光線キャプチャ層と成長基板の間の屈折率のマッチングによっても、大幅にこの装置の発光効率を高めることができる。
本発明はエピタキシャル層工程の前に簡易な構造を提供することにより、この装置の発光効率を高める。
２．このほか、上述の従来の技術の後半部に述べた欠点を解決するために、本発明は以下のような改良を行なっている。まず、酸化アルミニウム基板上に犠牲層を成長させ、その上に異なるパターンを製作し、その後、窒化物エピタキシャル層をその上に成長させる。窒化物発光構造と高い熱伝導係数基板を結合層により相互に結合させた後、ケミカルエッチングにより化学溶液で犠牲層を完全に除去し、最後に、窒化物発光構造を高い熱伝導係数の基板の上に移しかえる。載置基板は高い熱伝導係数の基板とし、これにより高電流下でこの装置を操作する時に、大幅にこの発光装置の発光効率を高めることができる。
このほか、本発明の犠牲層の利用により、大幅に窒化物エピタキシャル層の欠陥を減らし、これにより装置内部の量子効率を高めることができる。
本発明はエピタキシャル工程の前に簡易な構造を提供し、高効率窒化物発光装置を提供する。
１．上述の従来の技術の前半部に述べた問題を解決するためには、エピタキシャル層の光線吸収効果を減らさねばならず、このため、酸化アルミニウム基板の上に光線キャプチャ層を成長させ、その上部に異なるパターンを製作し、その後、窒化物エピタキシャル層をその上に成長させる。電流がこの装置に通入される時、光線は発光層より射出された後に基板に至る前に、光線キャプチャ層に出会いこの光線の進行経路が改変され、もとはエピタキシャル層に吸収されていた光線が、これによりこの装置より大量に投射されるようになる。
このほか、光線キャプチャ層と成長基板の間の屈折率のマッチングによっても、大幅にこの装置の発光効率を高めることができる。
本発明はエピタキシャル層工程の前に簡易な構造を提供することにより、この装置の発光効率を高める。
２．このほか、上述の従来の技術の後半部に述べた欠点を解決するために、本発明は以下のような改良を行なっている。まず、酸化アルミニウム基板上に犠牲層を成長させ、その上に異なるパターンを製作し、その後、窒化物エピタキシャル層をその上に成長させる。窒化物発光構造と高い熱伝導係数基板を結合層により相互に結合させた後、ケミカルエッチングにより化学溶液で犠牲層を完全に除去し、最後に、窒化物発光構造を高い熱伝導係数の基板の上に移しかえる。載置基板は高い熱伝導係数の基板とし、これにより高電流下でこの装置を操作する時に、大幅にこの発光装置の発光効率を高めることができる。
このほか、本発明の犠牲層の利用により、大幅に窒化物エピタキシャル層の欠陥を減らし、これにより装置内部の量子効率を高めることができる。
本発明はエピタキシャル工程の前に簡易な構造を提供し、高効率窒化物発光装置を提供する。
請求項１の発明は、成長基板と、
この成長基板の上に成長させた光線キャプチャ層と、
この光線キャプチャ層の上に成長させた窒化物エピタキシャル層と、
を具えた窒化物発光装置において、
該光線キャプチャ層が光線のもとの行進経路を改変することにより、光線がエピタキシャル層により吸収されるのを防止して発光装置より射出されるようにし、これにより発光効率を高め、並びにこの光線キャプチャ層と成長基板の屈折率のマッチングによっても発光効率を高めることを特徴とする、窒化物発光装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の窒化物発光装置において、成長基板の材質を酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）としたことを特徴とする、窒化物発光装置としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の窒化物発光装置において、成長基板の材質を炭化けい素（ＳｉＣ）としたことを特徴とする、窒化物発光装置としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の窒化物発光装置において、光線キャプチャ層の材料を、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）、酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化ジルコニウム（Ｚ2 Ｏ2 ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のいずれかとしたことを特徴とする、窒化物発光装置としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の窒化物発光装置において、光線キャプチャ層の厚さＴを、０．０１〜３μｍとしたことを特徴とする、窒化物発光装置としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の窒化物発光装置において、光線キャプチャ層の幅Ｗを、０．１〜１００００μｍとしたことを特徴とする、窒化物発光装置としている。
請求項７の発明は、高発光効率窒化物発光装置において、
エピタキシャル成長用の基板と、
この基板の上に成長させた犠牲層と、
この犠牲層の上に成長させた窒化物エピタキシャル層と、
結合層により、以上により構成された窒化物発光構造と相互に結合される高い熱伝導係数の基板と、
上記窒化物発光構造を高い熱伝導係数の基板に結合させる結合層と、
を具えた高発光効率窒化物発光構造より、ケミカルエッチングで化学溶液を用いて犠牲層を完全にエッチングして除去し、こうして製造した窒化物エピタキシャル構造を高い熱伝導係数の基板に置換し、高電流下でのこの装置の操作を可能とし、その発光効率を大幅に高めたことを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
請求項８の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、エピタキシャル成長用の基板の材料を酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）としたことを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
請求項９の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、犠牲層の材料を、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）、酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化ジルコニウム（Ｚ2 Ｏ2 ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のいずれかとしたことを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
請求項１０の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、犠牲層の厚さを、０．０１〜３μｍとしたことを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
請求項１１の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、犠牲層の幅を、０．１〜１０００μｍとしたことを特徴とする、窒化物発光装置としている。
請求項１２の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、高い熱伝導係数の基板の熱伝導係数を１５０Ｗ／ｍ−Ｋより大きいものとすることを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
請求項１３の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、高い熱伝導係数の基板の材料を、半導体、金属或いは合金のいずれかとすることを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
請求項１４の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、結合層の組成が、少なくとも、アルミニウム、銀、金、ニッケル、銅、白金、チタン、パラジウムのいずれかを含むことを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
請求項１５の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、結合層の成長方式を、堆積、スパッタ、或いは電気めっきのいずれかとすることを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
請求項１６の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、エピタキシャル成長用の基板を酸化アルミニウム基板とし、その除去方式をケミカルエッチングとすることを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
この成長基板の上に成長させた光線キャプチャ層と、
この光線キャプチャ層の上に成長させた窒化物エピタキシャル層と、
を具えた窒化物発光装置において、
該光線キャプチャ層が光線のもとの行進経路を改変することにより、光線がエピタキシャル層により吸収されるのを防止して発光装置より射出されるようにし、これにより発光効率を高め、並びにこの光線キャプチャ層と成長基板の屈折率のマッチングによっても発光効率を高めることを特徴とする、窒化物発光装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の窒化物発光装置において、成長基板の材質を酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）としたことを特徴とする、窒化物発光装置としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の窒化物発光装置において、成長基板の材質を炭化けい素（ＳｉＣ）としたことを特徴とする、窒化物発光装置としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の窒化物発光装置において、光線キャプチャ層の材料を、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）、酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化ジルコニウム（Ｚ2 Ｏ2 ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のいずれかとしたことを特徴とする、窒化物発光装置としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の窒化物発光装置において、光線キャプチャ層の厚さＴを、０．０１〜３μｍとしたことを特徴とする、窒化物発光装置としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の窒化物発光装置において、光線キャプチャ層の幅Ｗを、０．１〜１００００μｍとしたことを特徴とする、窒化物発光装置としている。
請求項７の発明は、高発光効率窒化物発光装置において、
エピタキシャル成長用の基板と、
この基板の上に成長させた犠牲層と、
この犠牲層の上に成長させた窒化物エピタキシャル層と、
結合層により、以上により構成された窒化物発光構造と相互に結合される高い熱伝導係数の基板と、
上記窒化物発光構造を高い熱伝導係数の基板に結合させる結合層と、
を具えた高発光効率窒化物発光構造より、ケミカルエッチングで化学溶液を用いて犠牲層を完全にエッチングして除去し、こうして製造した窒化物エピタキシャル構造を高い熱伝導係数の基板に置換し、高電流下でのこの装置の操作を可能とし、その発光効率を大幅に高めたことを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
請求項８の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、エピタキシャル成長用の基板の材料を酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）としたことを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
請求項９の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、犠牲層の材料を、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）、酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化ジルコニウム（Ｚ2 Ｏ2 ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のいずれかとしたことを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
請求項１０の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、犠牲層の厚さを、０．０１〜３μｍとしたことを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
請求項１１の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、犠牲層の幅を、０．１〜１０００μｍとしたことを特徴とする、窒化物発光装置としている。
請求項１２の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、高い熱伝導係数の基板の熱伝導係数を１５０Ｗ／ｍ−Ｋより大きいものとすることを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
請求項１３の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、高い熱伝導係数の基板の材料を、半導体、金属或いは合金のいずれかとすることを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
請求項１４の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、結合層の組成が、少なくとも、アルミニウム、銀、金、ニッケル、銅、白金、チタン、パラジウムのいずれかを含むことを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
請求項１５の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、結合層の成長方式を、堆積、スパッタ、或いは電気めっきのいずれかとすることを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
請求項１６の発明は、請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、エピタキシャル成長用の基板を酸化アルミニウム基板とし、その除去方式をケミカルエッチングとすることを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置としている。
本発明による窒化物発光装置は、光線キャプチャ層を具えた基板と、その上に成長させた窒化物発光構造を具え、光線経路を改変することで発光効率を高められ光線キャプチャ層と基板の屈折率のマッチングにより、更に大幅に発光効率を高められる。
このほか、本発明による高発光効率窒化物発光装置は、犠牲層基板の上に窒化物発光構造を成長させ、二種類以上の金属或いは合金で構成した結合層により、基板上の窒化物発光構造と高い熱伝導係数を具えた基板を結合させ、化学溶液でこの犠牲層基板を完全にエッチングして除去し、成長させた構造をもとの基板より剥離し、窒化物発光構造を高い熱伝導係数を具えた基板上に移しかえる。載置基板は高い熱伝導係数を具えた基板であるため、この装置を高電流で操作する時、大幅にその発光効率を高めることができる。
一．上述の発明が解決しようとする課題の１中に記載された目的と内容を具体的に実現するため、本発明の発光装置はエピタキシャル層成長の前に、基板上に光線キャプチャ層を形成する。その後、その上に窒化物エピタキシャル層を成長させ、その後、リソグラフィー、蒸着、エッチング、研磨、切断等の工程により、この発光装置の製造を完成する。電流をこの装置に通入させる時、光線は発光層より射出された後に基板に至る前に、本発明に設置された光線キャプチャ層に遭遇してその経路をもとの経路より改変し、周知の技術ではエピタキシャル層に吸収されていた光線に、エピタキシャル層を透過させて発光装置より射出させる。このほか、光線キャプチャ層と成長基板の間の屈折率のマッチングによっても、大幅にその発光効率を高めることができる。
図３から図１２を参照されたい。本発明は上述の周知の技術の欠点を改善するため、酸化アルミニウム基板の上に光線キャプチャ層１６〜２５を製作し、そのパターンは図３〜図１２に示されるとおりである。この光線キャプチャ層はエピタキシー、スパッタ、プラズマ堆積、化学気相成長、或いは電子ビーム蒸着等の方法のいずれかで形成される。この光線キャプチャ層のサイズは、図１３に示されるようであり、そのうち、ｔ＝０〜９９％Ｔ、Ｔは０．０１〜３μｍ、ｗ＝０〜１００％Ｗ、Ｗは０．１〜１００００μｍである。この光線キャプチャ層の製作完成後に、さらに酸化アルミニウム基板をエピタキシーマシンに置き、窒化物エピタキシャル層の成長を行ない、その後、リソグラフィー、蒸着、エッチング、研磨、切断等の工程によりこの発光装置の製作を完成し、異なるサイズの光線キャプチャ層により、並びに適当なエピタキシャル成長条件を組み合わせることにより、符号３７と３８で示される構造の発光装置を成長させることができ、これは図１４及び図１５に示されるとおりである。
この光線キャプチャ層に使用する材料は、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）、酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化ジルコニウム（Ｚ2 Ｏ2 ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のいずれかとされる。
この発明の上述の技術を利用して製造した窒化物発光装置は、大幅に内部エピタキシャル層の吸収する光線を減らすことができ、これによりその発光効率はほぼ３０％まで高められる。
このほか本発明はこの光線キャプチャ層を利用して大幅に窒化物エピタキシャル層を欠陥を減らすことができ、これにより装置内部の量子効果を高めることができる。
本発明はエピタキシー工程前に簡易な構造を提供することにより、このような発光装置の発光効率を高めることができる。
図３から図１２を参照されたい。本発明は上述の周知の技術の欠点を改善するため、酸化アルミニウム基板の上に光線キャプチャ層１６〜２５を製作し、そのパターンは図３〜図１２に示されるとおりである。この光線キャプチャ層はエピタキシー、スパッタ、プラズマ堆積、化学気相成長、或いは電子ビーム蒸着等の方法のいずれかで形成される。この光線キャプチャ層のサイズは、図１３に示されるようであり、そのうち、ｔ＝０〜９９％Ｔ、Ｔは０．０１〜３μｍ、ｗ＝０〜１００％Ｗ、Ｗは０．１〜１００００μｍである。この光線キャプチャ層の製作完成後に、さらに酸化アルミニウム基板をエピタキシーマシンに置き、窒化物エピタキシャル層の成長を行ない、その後、リソグラフィー、蒸着、エッチング、研磨、切断等の工程によりこの発光装置の製作を完成し、異なるサイズの光線キャプチャ層により、並びに適当なエピタキシャル成長条件を組み合わせることにより、符号３７と３８で示される構造の発光装置を成長させることができ、これは図１４及び図１５に示されるとおりである。
この光線キャプチャ層に使用する材料は、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）、酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化ジルコニウム（Ｚ2 Ｏ2 ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のいずれかとされる。
この発明の上述の技術を利用して製造した窒化物発光装置は、大幅に内部エピタキシャル層の吸収する光線を減らすことができ、これによりその発光効率はほぼ３０％まで高められる。
このほか本発明はこの光線キャプチャ層を利用して大幅に窒化物エピタキシャル層を欠陥を減らすことができ、これにより装置内部の量子効果を高めることができる。
本発明はエピタキシー工程前に簡易な構造を提供することにより、このような発光装置の発光効率を高めることができる。
二．上述の発明が解決しようとする課題の２中に記載された目的と内容を具体的に実現するため、本発明の提供する高発光効率窒化物発光装置は、エピタキシー工程の前に、基板の上に犠牲層を成長させ、その後、その上に窒化物エピタキシャル層を成長させ、その後、チップ結合技術を組み合わせてこの窒化物発光構造と高い熱伝導係数を具えた基板を結合層により相互に結合させた後、ケミカルエッチングにより化学溶液でこの犠牲層をエッチングして完全に除去し、窒化物エピタキシャル層を高い熱伝導係数の基板の上に置き換える。その後、リソグラフィー、蒸着、エッチング、研磨、切断等の工程によりこの発光装置の製作を完成する。最後にエピタキシャル層をこの高い熱伝導係数を具えた基板の上に設置して、これにより単一の導線のみを必要とする垂直構造を達成する。このほか、載置基板が高い熱伝導係数を具えているため、高電流下でこの発光装置を操作でき、大幅にこの発光装置の発光効率を高めることができる。図１８から図３０にこの発明が詳細に説明されている。
図１６又は図１７に示される周知の技術の欠点を解決するため、図１８〜図２７に示されるようなパターンの犠牲層２６〜３５を酸化アルミニウム基板の上に製作する。図２８のフローチャート（方法１００）を参照されたい。この犠牲層は、エピタキー、スパッタ、プラズマ堆積、ゾルゲル焼結法、焼結法、ＣＶＤ、或いは電子ビーム蒸着のいずれかで製作する（ステップ１１０）。犠牲層の厚さは０．０１〜３μｍ、幅は０．１〜１０００μｍとする。犠牲層の製作完成後に、酸化アルミニウム基板をエピタキシーマシンに置き、有機金属化学気相成長法、誘導結合プラズマ化学気相成長法、スパッタ、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、ゾルゲル焼結法等で窒化物エピタキシャル層を成長させる（ステップ１２０）。その後、チップ結合技術を組み合わせてこの窒化物発光構造を高い熱伝導係数を具えた基板と結合層により相互に結合させる（ステップ１３０）。その後、さらにケミカルエッチング（ステップ１４０）により化学溶液で犠牲層をエッチングして完全に除去し、即ち、窒化物エピタキシャル層を大面積を以て高い熱伝導係数を具えた基板に移しかえる。その後、リソグラフィー、蒸着、エッチング（ステップ１５０）、研磨、切断（ステップ１６０）、及びパッケージ（ステップ１７０）等の工程を経てこの発光装置の製作を完成する。本発明は異なるサイズの犠牲層により、並びに適当なエピタキシャル成長条件を組み合わせることで、符号３９と４０で示される構造の発光装置を製造でき、これは図２９、３０に示されるとおりである。
該犠牲層に使用する材料は、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）、酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化ジルコニウム（Ｚ2 Ｏ2 ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のいずれかとされうる。
上述の高い熱伝導係数の基板の材料は、半導体、金属或いは合金のいずれかとされ、その熱伝導係数は１５０Ｗ／ｍ−Ｋより大きいものとされうる。
上述の結合層の組成は、少なくとも、アルミニウム、銀、金、ニッケル、銅、白金、チタン、パラジウムのいずれかを含むものとされうる。
上述の結合層の成長方式は、堆積、スパッタ、或いは電気めっきのいずれかとされうる。
本発明の技術により製造した高発光効率窒化物発光装置は、その操作電流が従来の窒化物で製造した発光装置の操作電流よりも５倍も高い。
このほか、本発明では犠牲層を使用すあることで、伝統的な窒化物エピタキシャル層の欠陥を減らすことができ、これによりこの発光装置内部の量子効果を高めることができる。
本発明はエピタキシー工程の前に簡易な構造を提供することにより、高発光効率窒化物発光装置の製造を達成している。
図１６又は図１７に示される周知の技術の欠点を解決するため、図１８〜図２７に示されるようなパターンの犠牲層２６〜３５を酸化アルミニウム基板の上に製作する。図２８のフローチャート（方法１００）を参照されたい。この犠牲層は、エピタキー、スパッタ、プラズマ堆積、ゾルゲル焼結法、焼結法、ＣＶＤ、或いは電子ビーム蒸着のいずれかで製作する（ステップ１１０）。犠牲層の厚さは０．０１〜３μｍ、幅は０．１〜１０００μｍとする。犠牲層の製作完成後に、酸化アルミニウム基板をエピタキシーマシンに置き、有機金属化学気相成長法、誘導結合プラズマ化学気相成長法、スパッタ、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、ゾルゲル焼結法等で窒化物エピタキシャル層を成長させる（ステップ１２０）。その後、チップ結合技術を組み合わせてこの窒化物発光構造を高い熱伝導係数を具えた基板と結合層により相互に結合させる（ステップ１３０）。その後、さらにケミカルエッチング（ステップ１４０）により化学溶液で犠牲層をエッチングして完全に除去し、即ち、窒化物エピタキシャル層を大面積を以て高い熱伝導係数を具えた基板に移しかえる。その後、リソグラフィー、蒸着、エッチング（ステップ１５０）、研磨、切断（ステップ１６０）、及びパッケージ（ステップ１７０）等の工程を経てこの発光装置の製作を完成する。本発明は異なるサイズの犠牲層により、並びに適当なエピタキシャル成長条件を組み合わせることで、符号３９と４０で示される構造の発光装置を製造でき、これは図２９、３０に示されるとおりである。
該犠牲層に使用する材料は、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）、酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化ジルコニウム（Ｚ2 Ｏ2 ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のいずれかとされうる。
上述の高い熱伝導係数の基板の材料は、半導体、金属或いは合金のいずれかとされ、その熱伝導係数は１５０Ｗ／ｍ−Ｋより大きいものとされうる。
上述の結合層の組成は、少なくとも、アルミニウム、銀、金、ニッケル、銅、白金、チタン、パラジウムのいずれかを含むものとされうる。
上述の結合層の成長方式は、堆積、スパッタ、或いは電気めっきのいずれかとされうる。
本発明の技術により製造した高発光効率窒化物発光装置は、その操作電流が従来の窒化物で製造した発光装置の操作電流よりも５倍も高い。
このほか、本発明では犠牲層を使用すあることで、伝統的な窒化物エピタキシャル層の欠陥を減らすことができ、これによりこの発光装置内部の量子効果を高めることができる。
本発明はエピタキシー工程の前に簡易な構造を提供することにより、高発光効率窒化物発光装置の製造を達成している。
以上は本発明の好ましい実施例の説明であり、本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
１０ 窒化物発光装置
１１ ｐ型窒化物エピタキシャル層
１２ 活性層
１３ ｎ型窒化物エピタキシャル層
１４ 酸化アルミニウム基板
１５Ａ ｐ型電極
１５Ｂ ｎ型電極
１６ 光線キャプチャ層パターン
１７ 光線キャプチャ層パターン
１８ 光線キャプチャ層パターン
１９ 光線キャプチャ層パターン
２０ 光線キャプチャ層パターン
２１ 光線キャプチャ層パターン
２２ 光線キャプチャ層パターン
２３ 光線キャプチャ層パターン
２４ 光線キャプチャ層パターン
２５ 光線キャプチャ層パターン
２６ 犠牲層パターン
２７ 犠牲層パターン
２８ 犠牲層パターン
２９ 犠牲層パターン
３０ 犠牲層パターン
３１ 犠牲層パターン
３２ 犠牲層パターン
３３ 犠牲層パターン
３４ 犠牲層パターン
３５ 犠牲層パターン
３６ 窒化物発光装置
３７ 窒化物発光装置
３８ 窒化物発光装置
３９ 窒化物発光装置
４０ 窒化物発光装置
４１ 酸化アルミニウム基板
４２ 粗化表面
４３ ｎ型ＧａＮ
４４ 活性層
４５ ｐ型ＧａＮ
４６ ｐ型電極
４７ ｎ型電極
５０ ｐ型窒化物エピタキシャル層
５１ 活性層
５２ ｎ型窒化物エピタキシャル層
５３ 光線キャプチャ層
５４ 酸化アルミニウム基板
５５Ａ ｐ型電極
５５Ｂ ｎ型電極
５０’ ｐ型窒化物エピタキシャル層
５１’ 活性層
５２’ ｎ型窒化物エピタキシャル層
５３’ 光線キャプチャ層
５４’ 酸化アルミニウム基板
５５Ａ’ ｐ型電極
５５Ｂ’ ｎ型電極
５０” ｐ型窒化物エピタキシャル層
５１” 活性層
５２” ｎ型窒化物エピタキシャル層
５３” 光線キャプチャ層
５４” 酸化アルミニウム基板
５５Ａ” ｐ型電極
５５Ｂ” ｎ型電極
７０ 窒化物発光装置
７１ ｐ型窒化物エピタキシャル層
７２ 活性層
７３ ｎ型窒化物エピタキシャル層
７４ 酸化アルミニウム基板
７６Ａ’ ｐ型電極
７６Ｂ’ ｎ型電極
７７ 透明導電層（ＴＣＬ）
８１ エキシマレーザー
８２ サファイヤ
８３ 犠牲層
８４ ＧａＮ
８５ 結合層
８６ Ｓｉ層
９０ ｐ型窒化物エピタキシャル層
９１ 活性層
９２ ｎ型窒化物エピタキシャル層
９３ 犠牲層
９４ 酸化アルミニウム基板
９０’ ｐ型窒化物エピタキシャル層
９１’ 活性層
９２’ ｎ型窒化物エピタキシャル層
９３’ 犠牲層
９４’ 酸化アルミニウム基板
１００ 方法
１１０ 犠牲層製作
１２０ 窒化物エピタキシャル層成長
１３０ チップ結合
１４０ ケミカルエッチング
１５０ リソグラフィー、蒸着、エッチング
１６０ 研磨、切断
１７０ パッケージ
１１ ｐ型窒化物エピタキシャル層
１２ 活性層
１３ ｎ型窒化物エピタキシャル層
１４ 酸化アルミニウム基板
１５Ａ ｐ型電極
１５Ｂ ｎ型電極
１６ 光線キャプチャ層パターン
１７ 光線キャプチャ層パターン
１８ 光線キャプチャ層パターン
１９ 光線キャプチャ層パターン
２０ 光線キャプチャ層パターン
２１ 光線キャプチャ層パターン
２２ 光線キャプチャ層パターン
２３ 光線キャプチャ層パターン
２４ 光線キャプチャ層パターン
２５ 光線キャプチャ層パターン
２６ 犠牲層パターン
２７ 犠牲層パターン
２８ 犠牲層パターン
２９ 犠牲層パターン
３０ 犠牲層パターン
３１ 犠牲層パターン
３２ 犠牲層パターン
３３ 犠牲層パターン
３４ 犠牲層パターン
３５ 犠牲層パターン
３６ 窒化物発光装置
３７ 窒化物発光装置
３８ 窒化物発光装置
３９ 窒化物発光装置
４０ 窒化物発光装置
４１ 酸化アルミニウム基板
４２ 粗化表面
４３ ｎ型ＧａＮ
４４ 活性層
４５ ｐ型ＧａＮ
４６ ｐ型電極
４７ ｎ型電極
５０ ｐ型窒化物エピタキシャル層
５１ 活性層
５２ ｎ型窒化物エピタキシャル層
５３ 光線キャプチャ層
５４ 酸化アルミニウム基板
５５Ａ ｐ型電極
５５Ｂ ｎ型電極
５０’ ｐ型窒化物エピタキシャル層
５１’ 活性層
５２’ ｎ型窒化物エピタキシャル層
５３’ 光線キャプチャ層
５４’ 酸化アルミニウム基板
５５Ａ’ ｐ型電極
５５Ｂ’ ｎ型電極
５０” ｐ型窒化物エピタキシャル層
５１” 活性層
５２” ｎ型窒化物エピタキシャル層
５３” 光線キャプチャ層
５４” 酸化アルミニウム基板
５５Ａ” ｐ型電極
５５Ｂ” ｎ型電極
７０ 窒化物発光装置
７１ ｐ型窒化物エピタキシャル層
７２ 活性層
７３ ｎ型窒化物エピタキシャル層
７４ 酸化アルミニウム基板
７６Ａ’ ｐ型電極
７６Ｂ’ ｎ型電極
７７ 透明導電層（ＴＣＬ）
８１ エキシマレーザー
８２ サファイヤ
８３ 犠牲層
８４ ＧａＮ
８５ 結合層
８６ Ｓｉ層
９０ ｐ型窒化物エピタキシャル層
９１ 活性層
９２ ｎ型窒化物エピタキシャル層
９３ 犠牲層
９４ 酸化アルミニウム基板
９０’ ｐ型窒化物エピタキシャル層
９１’ 活性層
９２’ ｎ型窒化物エピタキシャル層
９３’ 犠牲層
９４’ 酸化アルミニウム基板
１００ 方法
１１０ 犠牲層製作
１２０ 窒化物エピタキシャル層成長
１３０ チップ結合
１４０ ケミカルエッチング
１５０ リソグラフィー、蒸着、エッチング
１６０ 研磨、切断
１７０ パッケージ
Claims (16)
- 成長基板と、
この成長基板の上に成長させた光線キャプチャ層と、
この光線キャプチャ層の上に成長させた窒化物エピタキシャル層と、
を具えた窒化物発光装置において、
該光線キャプチャ層が光線のもとの行進経路を改変することにより、光線がエピタキシャル層により吸収されるのを防止して発光装置より射出されるようにし、これにより発光効率を高め、並びにこの光線キャプチャ層と成長基板の屈折率のマッチングによっても発光効率を高めることを特徴とする、窒化物発光装置。 - 請求項１記載の窒化物発光装置において、成長基板の材質を酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）としたことを特徴とする、窒化物発光装置。
- 請求項１記載の窒化物発光装置において、成長基板の材質を炭化けい素（ＳｉＣ）としたことを特徴とする、窒化物発光装置。
- 請求項１記載の窒化物発光装置において、光線キャプチャ層の材料を、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）、酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化ジルコニウム（Ｚ2 Ｏ2 ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のいずれかとしたことを特徴とする、窒化物発光装置。
- 請求項１記載の窒化物発光装置において、光線キャプチャ層の厚さＴを、０．０１〜３μｍとしたことを特徴とする、窒化物発光装置。
- 請求項１記載の窒化物発光装置において、光線キャプチャ層の幅Ｗを、０．１〜１００００μｍとしたことを特徴とする、窒化物発光装置。
- 高発光効率窒化物発光装置において、
エピタキシャル成長用の基板と、
この基板の上に成長させた犠牲層と、
この犠牲層の上に成長させた窒化物エピタキシャル層と、
結合層により、以上により構成された窒化物発光構造と相互に結合される高い熱伝導係数の基板と、
上記窒化物発光構造を高い熱伝導係数の基板に結合させる結合層と、
を具えた高発光効率窒化物発光構造より、ケミカルエッチングで化学溶液を用いて犠牲層を完全にエッチングして除去し、こうして製造した窒化物エピタキシャル構造を高い熱伝導係数の基板に置換し、高電流下でのこの装置の操作を可能とし、その発光効率を大幅に高めたことを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置。 - 請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、エピタキシャル成長用の基板の材料を酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）としたことを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置。
- 請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、犠牲層の材料を、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）、酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化ジルコニウム（Ｚ2 Ｏ2 ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のいずれかとしたことを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置。
- 請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、犠牲層の厚さを、０．０１〜３μｍとしたことを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置。
- 請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、犠牲層の幅を、０．１〜１０００μｍとしたことを特徴とする、窒化物発光装置。
- 請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、高い熱伝導係数の基板の熱伝導係数を１５０Ｗ／ｍ−Ｋより大きいものとすることを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置。
- 請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、高い熱伝導係数の基板の材料を、半導体、金属或いは合金のいずれかとすることを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置。
- 請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、結合層の組成が、少なくとも、アルミニウム、銀、金、ニッケル、銅、白金、チタン、パラジウムのいずれかを含むことを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置。
- 請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、結合層の成長方式を、堆積、スパッタ、或いは電気めっきのいずれかとすることを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置。
- 請求項７記載の高発光効率窒化物発光装置において、エピタキシャル成長用の基板を酸化アルミニウム基板とし、その除去方式をケミカルエッチングとすることを特徴とする、高発光効率窒化物発光装置。
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