JP2007059830A - High-intensity light-emitting diode having reflection layer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は発光ダイオードに係り、更に詳しくは、ダイオード表面による光吸収を防止する反射層を具えた発光ダイオードに関する。 The present invention relates to a light emitting diode, and more particularly to a light emitting diode including a reflective layer that prevents light absorption by the diode surface.
図1は周知の発光ダイオード(LED)の典型的構造の断面図である。図示されるように、該LED100は、半導体基板103、該基板103の上に位置する発光構造102、該基板103の反対側と発光構造102の上にそれぞれ形成された二つのオームコンタクト電極109及び101を包含する。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a typical structure of a known light emitting diode (LED). As shown, the
該発光構造102はしばしば赤外線及び赤光発生のためのAlGaAs、黄緑、黄色、こはく色(amber)、及び赤光のためのAlGaInPのような複数層のアルミニウムベアリングIII−V化合物半導体で形成されている。該基板103は通常ガリウム砒素(GaAs)で形成されそれは発光構造102の格子定数にマッチングする格子定数を具えている。発光構造102により生成された光は全方向に向けて発射される(即ち等方性(isotropic)。しかし、GaAsは可視光のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを有するため、発光構造102により発射される光の重要部分はGaAs基板103に吸収されてしまい、このことはLED100の外部量子効果に影響を与え、このためこのLED100の輝度に影響を与える。
The
図2は他の周知の発光ダイオードの典型的構造の断面図である。図示されるように、LED100’はLED100’の同側に電極101’と電極109’を形成するために一部の発光構造102’をエッチングする必要がある。更に、図1のLED100では、基板103は電極101と109間の注入電流を導通させるために、導電性でなければならないが、図2のLED100’は、基板103’は導電性であっても非導電性であってもよい。LED100と同様にLED100’は依然として同じ基板の光吸収問題を有している。図1のLED100は垂直電極配置を有し、一方、図2のLED100’はプラナー(planar)電極配置を有する。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a typical structure of another known light emitting diode. As shown, the LED 100 'requires etching a portion of the light emitting structure 102' to form an electrode 101 'and an electrode 109' on the same side of the LED 100 '. Further, in the
基板による光吸収の問題を克服するための各種の手段が提供されている。例えば、特許文献1及び特許文献2には図1と類似の発光ダイオード構造が示されているが、異なるところは、基板の上において、発光構造が底部分布ブラッグ反射鏡(DBR)と上部分布ブラッグ反射鏡に挟まれていることである。このDBRの構造により、発光構造より基板に向けて発射される光は反射され、基板による吸収は防止される。しかし、DBRは正常な入射光に対する高い反射率のみ提供でき、光の入射角度が増すと反射率は低下する。発光ダイオードの外部量子効果と輝度の改善はこのため制限される。 Various means are provided to overcome the problem of light absorption by the substrate. For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 show a light-emitting diode structure similar to that shown in FIG. 1 except that the light-emitting structure is formed on a substrate with a bottom distributed Bragg reflector (DBR) and an upper distributed Bragg. It is sandwiched between reflectors. With this DBR structure, light emitted from the light emitting structure toward the substrate is reflected, and absorption by the substrate is prevented. However, DBR can only provide a high reflectivity for normal incident light, and the reflectivity decreases as the incident angle of light increases. The external quantum effect and brightness improvement of the light-emitting diode is thus limited.
特許文献3には別の二つの手段が示され、それはウエハーボンディングプロセスを使用する。手段の一つにおいて、LEDエピタキシャル構造がまずGaAs基板上に成長させられる。LEDエピタキシャル構造はそれから透明基板にウエハーボンディングされる。もう一つの手段においては、同様に、LEDエピタキシャル構造がまずGaAs基板上に成長させられる。LEDエピタキシャル構造はそれからミラーにウエハーボンディングされる。いずれの手段もLED外部量子効果を光を吸収するGaAs基板を除去することにより改善し、前者の手段では光を透明基板を透過させ、後者の手段ではミラーにより反射させる。しかし、透明基板を使用する手段の問題は、ウエハーボンディングプロセスが高いアニール温度を延伸期間中にわたり必要とするために、ドーピングプロファイルの再構築とLED性能の劣化をもたらしうることである。ミラーを使用する手段の問題は、ミラーの反射表面が直接ウエハーボンディングプロセス中にボンディングインタフェースに関わるため、反射面の粗さ或いは反応性の悪さ或いは汚染を引き起しうることである。 U.S. Pat. No. 6,057,836 shows another two means, which use a wafer bonding process. In one means, an LED epitaxial structure is first grown on a GaAs substrate. The LED epitaxial structure is then wafer bonded to the transparent substrate. In another approach, similarly, an LED epitaxial structure is first grown on a GaAs substrate. The LED epitaxial structure is then wafer bonded to the mirror. Either means improves the LED external quantum effect by removing the GaAs substrate that absorbs light, the former means allows light to pass through the transparent substrate, and the latter means reflects it by a mirror. However, a problem with the means of using a transparent substrate is that the wafer bonding process requires high annealing temperatures over the stretch period, which can lead to doping profile reconstruction and LED performance degradation. The problem with the means of using a mirror is that the reflective surface of the mirror is directly involved in the bonding interface during the wafer bonding process and can cause roughness or poor reactivity or contamination of the reflective surface.
非特許文献1に記載の技術によると、Au/AuBe反射器を具えたシリコン基板がLEDエピタキシャル構造に、GaAs基板除去の前に結合される。通常、Au/AuBeはAlGaInP LEDにおいてp型材料と共にオームコンタクトを形成するのに用いられる。非特許文献1に記載の技術ではAu/AuBeはウエハーボンディングLEDエピタキシャル構造においてボンディング層と金属ミラーとして使用される。しかし、合金材料AuBeの反射率は低く、ゆえにLEDの輝度の改善は制限される。合金プロセスでは通常高いアニール温度が要求され、それは反射鏡の表面平坦度を低下させて反射率を下げる。 According to the technique described in Non-Patent Document 1, a silicon substrate with an Au / AuBe reflector is bonded to the LED epitaxial structure before removing the GaAs substrate. Usually, Au / AuBe is used to form ohmic contacts with p-type materials in AlGaInP LEDs. In the technique described in Non-Patent Document 1, Au / AuBe is used as a bonding layer and a metal mirror in a wafer bonding LED epitaxial structure. However, the reflectivity of the alloy material AuBe is low, so that the improvement of the brightness of the LED is limited. The alloy process usually requires a high annealing temperature, which reduces the surface flatness of the reflector and lowers the reflectivity.
特許文献4には反射金属層を使用した発光ダイオードが記載されている。その構造は、反射金属層がウエハーボンディングプロセス中に発光構造と反応するのを防止するため、透明導電酸化物層例えばITOがその間に介装される。ITO層と発光構造の間のオームコンタクトを改善するため、記載の構造は、オームコンタクトグリッドパターン或いはチャネルをITO層内に形成するか、合金メッシュをITO層と発光構造の間に形成することを提示している。この構造は製造プロセスが複雑で、ゆえに製造コストが高くつく。合金メッシュは高温の合金プロセスを必要とし、合金をエッチングしてメッシュを形成するのは非常に制御が難しい。加えて、合金の厚さには非常に注意する必要がある。もし合金が薄過ぎれば、合金と発光構造の間のオームコンタクトは劣ったものとなり、合金が厚過ぎるとウエハーボンディングプロセスは強固なボンディングを達成できない。 Patent Document 4 describes a light emitting diode using a reflective metal layer. The structure interposes a transparent conductive oxide layer, such as ITO, to prevent the reflective metal layer from reacting with the light emitting structure during the wafer bonding process. In order to improve the ohmic contact between the ITO layer and the light emitting structure, the described structure requires that an ohmic contact grid pattern or channel be formed in the ITO layer or an alloy mesh be formed between the ITO layer and the light emitting structure. Presenting. This structure is complicated in manufacturing process and therefore expensive to manufacture. Alloy mesh requires a high temperature alloy process, and etching the alloy to form a mesh is very difficult to control. In addition, very careful attention must be paid to the thickness of the alloy. If the alloy is too thin, the ohmic contact between the alloy and the light emitting structure will be poor, and if the alloy is too thick, the wafer bonding process cannot achieve a strong bond.
本発明の主要な目的は、ゆえに、周知の技術における基板による光吸収問題を改善した高輝度LED構造を提供することにある。 Accordingly, it is a primary object of the present invention to provide a high brightness LED structure which improves the light absorption problem due to the substrate in the known art.
本発明によるとLED構造は発光構造、及び、発光構造の一側に以下の順序で配置された非合金オームコンタクト層、第1金属層、及び基板を包含する。前述のLED構造は、その形成後、LED構造をパッケージしてLEDチップとなすためのチッププロセスが実行されて電極の形成と他の適切な作業が行われる。 According to the present invention, the LED structure includes a light emitting structure and a non-alloy ohmic contact layer, a first metal layer, and a substrate disposed on one side of the light emitting structure in the following order. After the LED structure is formed, a chip process for packaging the LED structure into an LED chip is performed to perform electrode formation and other appropriate operations.
該基板は、導電性或いは非導電性といずれでもよい。非導電性基板が使用される場合、後続チッププロセスで形成される電極はプラナー形態で配置される必要がある。導電性基板が使用される場合、電極は垂直或いはプラナー形態で配置されうる。プラナー電極配置では、LED構造は基板と最底部の金属層の間に配置された絶縁層を、優れた絶縁性能のために選択的に有しうる。 The substrate may be either conductive or non-conductive. If a non-conductive substrate is used, the electrodes formed in the subsequent chip process need to be arranged in a planar form. If a conductive substrate is used, the electrodes can be arranged in a vertical or planar configuration. In a planar electrode arrangement, the LED structure can optionally have an insulating layer disposed between the substrate and the bottom metal layer for superior insulating performance.
本発明の最も重要な特徴は、基板の光吸収問題に対して、非合金オームコンタクト層と第1金属層により提供される結合効果にある。第1金属層は反射鏡として機能し、純金属或いは金属窒化物が伝統的な合金反射鏡の代わりに使用されて、これにより合金金属の低い反射率及び高いアニール温度を回避し、非合金オームコンタクト層は発光構造と第1金属層の間に介装され、これにより必要とされる低抵抗導電を達成する。非合金オームコンタクト層に使用される材料は、選択的に透明なもの或いは光を吸収するものが使用される。吸光性非合金オームコンタクト層に関しては、凹部数は選択的に決定され底面に沿って形成され、これにより光の吸収を低減し、注入電流分布を改善する。透明非合金オームコンタクト層に関しては、凹部が注入電流分布を改善するため形成される。 The most important feature of the present invention is the bonding effect provided by the non-alloy ohmic contact layer and the first metal layer to the substrate light absorption problem. The first metal layer functions as a reflector, and pure metal or metal nitride is used in place of the traditional alloy reflector, thereby avoiding the low reflectivity and high annealing temperature of the alloy metal, non-alloy ohmic The contact layer is interposed between the light emitting structure and the first metal layer, thereby achieving the required low resistance conductivity. The material used for the non-alloy ohmic contact layer is selectively transparent or absorbs light. For light absorbing non-alloy ohmic contact layers, the number of recesses is selectively determined and formed along the bottom surface, thereby reducing light absorption and improving injected current distribution. For transparent non-alloy ohmic contact layers, recesses are formed to improve the injected current distribution.
更に第1金属層の非合金オームコンタクト層及び発光構造との融合を防止し、第1金属層の反射面の平坦度を維持するため、選択的に透明で導電性の第1誘電層が第1金属層と非合金オームコンタクト層の間に挿入されうる。更に、基板と第1金属層の間の良好なボンディングを達成するため、少なくとも一つの追加の金属層が第1金属層と基板の間に挿入されうる。同様に、追加の金属層の第1金属層との融合と第1金属層の反射率の低下を防止するため、第2誘電層が第1金属層と追加の金属層の間に挿入されうる。 Further, in order to prevent fusion of the first metal layer with the non-alloy ohmic contact layer and the light emitting structure, and to maintain the flatness of the reflective surface of the first metal layer, a selectively transparent and conductive first dielectric layer is provided. It can be inserted between one metal layer and a non-alloy ohmic contact layer. Furthermore, at least one additional metal layer can be inserted between the first metal layer and the substrate in order to achieve good bonding between the substrate and the first metal layer. Similarly, a second dielectric layer may be inserted between the first metal layer and the additional metal layer to prevent fusion of the additional metal layer with the first metal layer and a decrease in reflectivity of the first metal layer. .
本発明の前述のそして他の目的、形態、特徴及び効果は以下の実施例の説明において図を参照して更に詳しく説明される。 The foregoing and other objects, aspects, features and advantages of the present invention will be described in further detail with reference to the drawings in the following description of embodiments.
請求項1の発明は、下から上に順に配置された複数層を具えた発光ダイオード構造であって、
基板と、
純金属又は金属窒化物で基板の上に形成された第1金属層と、
該第1金属層の上に形成された非合金オームコンタクト層と、
該非合金オームコンタクト層の上に形成されて該発光ダイオード構造の通電により光を生成する、発光構造と、
を包含したことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項2の発明は、請求項1記載の発光ダイオード構造において、第1金属層が、Au、Al、Ag、窒化チタン(TiNx)、窒化ジルコニウム(ZrNx)で形成されたことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項3の発明は、請求項1記載の発光ダイオード構造において、第1金属層と非合金オームコンタクト層の間に位置して光学透過性を有し導電性の第1誘電層を更に包含したことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項4の発明は、請求項3記載の発光ダイオード構造において、第1誘電層が透明な導電性の酸化物とされたことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項5の発明は、請求項4記載の発光ダイオード構造において、第1誘電層がインジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、錫酸化物(SnO)、アンチモンドープSnO、フッ素ドープSnO、りんドープSnO、亜鉛酸化物(ZnO)、アルミニウムドープZnO、インジウム酸化物(InO)、カドミウム酸化物(CdO)、カドミウム錫酸化物(CTO)、銅アルミニウム酸化物(CuAlO)、銅カルシウム酸化物(CuCaO)、及びストロンチウム銅酸化物(SrCuO)のいずれかで形成されたことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項6の発明は、請求項1記載の発光ダイオード構造において、第1金属層と基板の間に位置する第2金属層を更に包含したことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項7の発明は、請求項6記載の発光ダイオード構造において、第2金属層が一種類の純金属或いは合金で形成されたことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項8の発明は、請求項6記載の発光ダイオード構造において、第1金属層と第2金属層の間に位置する第2誘電層を更に包含したことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項9の発明は、請求項8記載の発光ダイオード構造において、第2誘電層が以下の三種類の材料、即ち、透明導電酸化物、金属窒化物、絶縁材料のいずれかで形成されたことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項10の発明は、請求項9記載の発光ダイオード構造において、第2誘電層が、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、錫酸化物(SnO)、アンチモンドープSnO、フッ素ドープSnO、りんドープSnO、亜鉛酸化物(ZnO)、アルミニウムドープZnO、インジウム酸化物(InO)、カドミウム酸化物(CdO)、カドミウム錫酸化物(CTO)、銅アルミニウム酸化物(CuAlO)、銅カルシウム酸化物(CuCaO)、及びストロンチウム銅酸化物(SrCuO)、TiNx、ZrNx、或いは絶縁材料、窒化シリコン(SiNx)、酸化シリコン(SiOx)のいずれかで形成されたことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項11の発明は、請求項6記載の発光ダイオード構造において、第2金属層と基板の間に位置する第3金属層を更に包含したことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項12の発明は、請求項11記載の発光ダイオード構造において、第3金属層が純金又は合金で形成されたことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項13の発明は、請求項1記載の発光ダイオード構造において、非合金オームコンタクト層がドープ半導体層であることを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項14の発明は、請求項13記載の発光ダイオード構造において、非合金オームコンタクト層が、炭素ドープAlAs、炭素ドープGaP、炭素ドープAlP、炭素ドープAlGaAs、炭素ドープInAlAs、炭素ドープInGaP、炭素ドープInAlP、炭素ドープAlGaP、炭素ドープGaAsP、炭素ドープAlAsP、炭素ドープAlGaInP、炭素ドープAlGaInAs、炭素ドープInGaAsP、炭素ドープAlGaAsP、炭素ドープAlInAsP、炭素ドープInGaAlAsP、マグネシウムドープAlAs、マグネシウムドープGaP、マグネシウムドープAlP、マグネシウムドープAlGaAs、マグネシウムドープInAlAs、マグネシウムドープInGaP、マグネシウムドープInAlP、マグネシウムドープAlGaP、マグネシウムドープGaAsP、マグネシウムドープAlAsP、マグネシウムドープAlGaInP、マグネシウムドープAlGaInAs、マグネシウムドープInGaAsP、マグネシウムドープAlGaAsP、マグネシウムドープAlInAsP、マグネシウムドープInGaAlAsP、亜鉛ドープAlAs、亜鉛ドープGaP、亜鉛ドープAlP、亜鉛ドープAlGaAs、亜鉛ドープInAlAs、亜鉛ドープInGaP、亜鉛ドープInAlP、亜鉛ドープAlGaP、亜鉛ドープGaAsP、亜鉛ドープAlAsP、亜鉛ドープAlGaInP、亜鉛ドープAlGaInAs、亜鉛ドープInGaAsP、亜鉛ドープAlGaAsP、亜鉛ドープAlInAsP、亜鉛ドープInGaAlAsP、炭素ドープInP、炭素ドープInAs、炭素ドープGaAs、炭素ドープInAsP、マグネシウムドープInP、マグネシウムドープInAs、マグネシウムドープGaAs、マグネシウムドープInAsP、亜鉛ドープInAs、亜鉛ドープGaAs、亜鉛ドープInAsPのいずれかで形成されたことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項15の発明は、請求項1記載の発光ダイオード構造において、非合金オームコンタクト層が非合金オームコンタクト層と第1金属層の間のインタフェースに沿って複数の凹部を具えたことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項16の発明は、請求項1記載の発光ダイオード構造において、基板が導電性基板であることを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項17の発明は、請求項16記載の発光ダイオード構造において、基板がドープ(doped)Ge、ドープSi、ドープGaAs、ドープGaP、ドープInP、ドープInAs、ドープGaN、ドープAlGaAs、ドープSiC、ドープGaAsP、Mo、Cu、及びAlのいずれかで形成されたことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項18の発明は、請求項16記載の発光ダイオード構造において、発光ダイオード構造の電極のプラナー配置のため基板の直上に設けられた絶縁層を更に包含したことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項19の発明は、請求項18記載の発光ダイオード構造において、絶縁層が窒化シリコン(SiNx)、酸化シリコン(SiOx)のいずれかで形成されたことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項20の発明は、請求項1記載の発光ダイオード構造において、基板が非導電性基板であることを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
請求項21の発明は、請求項20記載の発光ダイオード構造において、基板がGe、Si、GaAs、GaP、InP、InAs、GaN、AlN、AlGaAs、SiC、GaAsP、サファイヤ、ガラス、水晶、及びセラミックのいずれかで形成されたことを特徴とする、発光ダイオード構造としている。
The invention of claim 1 is a light emitting diode structure comprising a plurality of layers arranged in order from bottom to top,
A substrate,
A first metal layer formed on the substrate with pure metal or metal nitride;
An unalloyed ohmic contact layer formed on the first metal layer;
A light emitting structure formed on the non-alloy ohmic contact layer to generate light by energization of the light emitting diode structure;
The light emitting diode structure is characterized by including the above.
The invention according to claim 2 is the light emitting diode structure according to claim 1, wherein the first metal layer is made of Au, Al, Ag, titanium nitride (TiNx), zirconium nitride (ZrNx), It has a light emitting diode structure.
According to a third aspect of the present invention, the light-emitting diode structure according to the first aspect further includes a first dielectric layer having optical transparency and being located between the first metal layer and the non-alloy ohmic contact layer. The light emitting diode structure is characterized by this.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the light emitting diode structure according to the third aspect, wherein the first dielectric layer is a transparent conductive oxide.
The invention according to claim 5 is the light emitting diode structure according to claim 4, wherein the first dielectric layer is indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), tin oxide (SnO), antimony-doped SnO, fluorine Doped SnO, phosphorus doped SnO, zinc oxide (ZnO), aluminum doped ZnO, indium oxide (InO), cadmium oxide (CdO), cadmium tin oxide (CTO), copper aluminum oxide (CuAlO), copper calcium The light emitting diode structure is characterized by being formed of either an oxide (CuCaO) or strontium copper oxide (SrCuO).
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the light emitting diode structure according to the first aspect, further comprising a second metal layer positioned between the first metal layer and the substrate.
A seventh aspect of the present invention is the light emitting diode structure according to the sixth aspect, wherein the second metal layer is formed of one kind of pure metal or alloy.
The invention of claim 8 is the light emitting diode structure according to claim 6, further comprising a second dielectric layer positioned between the first metal layer and the second metal layer. .
According to a ninth aspect of the present invention, in the light emitting diode structure according to the eighth aspect, the second dielectric layer is formed of any one of the following three materials: a transparent conductive oxide, a metal nitride, and an insulating material. The light emitting diode structure is characterized by the following.
The invention according to claim 10 is the light emitting diode structure according to claim 9, wherein the second dielectric layer comprises indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), tin oxide (SnO), antimony-doped SnO, Fluorine-doped SnO, phosphorus-doped SnO, zinc oxide (ZnO), aluminum-doped ZnO, indium oxide (InO), cadmium oxide (CdO), cadmium tin oxide (CTO), copper aluminum oxide (CuAlO), copper A light-emitting diode formed of calcium oxide (CuCaO) and strontium copper oxide (SrCuO), TiNx, ZrNx, or an insulating material, silicon nitride (SiNx), or silicon oxide (SiOx) It has a structure.
The invention of claim 11 is the light emitting diode structure according to claim 6, further comprising a third metal layer located between the second metal layer and the substrate.
The invention of claim 12 is the light emitting diode structure according to claim 11, wherein the third metal layer is made of pure gold or an alloy.
A thirteenth aspect of the present invention is the light emitting diode structure according to the first aspect, wherein the non-alloy ohmic contact layer is a doped semiconductor layer.
The invention according to claim 14 is the light emitting diode structure according to claim 13, wherein the non-alloy ohmic contact layer is made of carbon-doped AlAs, carbon-doped GaP, carbon-doped AlP, carbon-doped AlGaAs, carbon-doped InAlAs, carbon-doped InGaP, carbon-doped. InAlP, carbon doped AlGaP, carbon doped GaAsP, carbon doped AlAsP, carbon doped AlGaInP, carbon doped AlGaInAs, carbon doped InGaAsP, carbon doped AlGaAsP, carbon doped AlInAsP, carbon doped InGaAlAsP, magnesium doped AlAs, magnesium doped GaP, magnesium doped AlP, Magnesium doped AlGaAs, magnesium doped InAlAs, magnesium doped InGaP, magnesium doped InA P, magnesium doped AlGaP, magnesium doped GaAsP, magnesium doped AlAsP, magnesium doped AlGaInP, magnesium doped AlGaInAs, magnesium doped InGaAsP, magnesium doped AlGaAsP, magnesium doped AlInAsP, magnesium doped InGaAlAsP, zinc doped AlAs, zinc doped GaP, zinc doped AlP, Zinc doped AlGaAs, Zinc doped InAlAs, Zinc doped InGaP, Zinc doped InAlP, Zinc doped AlGaP, Zinc doped GaAsP, Zinc doped AlAsP, Zinc doped AlGaInP, Zinc doped AlGaInAs, Zinc doped InGaAsP, Zinc doped AlGaAsP, Zinc doped AlInAsP, Zinc doped In aAlAsP, carbon doped InP, carbon doped InAs, carbon doped GaAs, carbon doped InAsP, magnesium doped InP, magnesium doped InAs, magnesium doped GaAs, magnesium doped InAsP, zinc doped InAs, zinc doped GaAs, zinc doped InAsP Thus, a light emitting diode structure is provided.
The invention according to claim 15 is the light-emitting diode structure according to claim 1, wherein the non-alloy ohmic contact layer comprises a plurality of recesses along the interface between the non-alloy ohmic contact layer and the first metal layer. The light emitting diode structure is used.
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided the light emitting diode structure according to the first aspect, wherein the substrate is a conductive substrate.
The invention according to claim 17 is the light emitting diode structure according to claim 16, wherein the substrate is doped Ge, doped Si, doped GaAs, doped GaP, doped InP, doped InAs, doped GaN, doped AlGaAs, doped SiC, doped The light emitting diode structure is formed of any one of GaAsP, Mo, Cu, and Al.
The invention according to claim 18 is the light emitting diode structure according to claim 16, further comprising an insulating layer provided immediately above the substrate for the planar arrangement of the electrodes of the light emitting diode structure. Yes.
The nineteenth aspect of the present invention is the light emitting diode structure according to the eighteenth aspect, wherein the insulating layer is formed of either silicon nitride (SiNx) or silicon oxide (SiOx).
A twentieth aspect of the present invention is the light emitting diode structure according to the first aspect, wherein the substrate is a non-conductive substrate.
The invention according to claim 21 is the light emitting diode structure according to claim 20, wherein the substrate is made of Ge, Si, GaAs, GaP, InP, InAs, GaN, AlN, AlGaAs, SiC, GaAsP, sapphire, glass, quartz, and ceramic. The light-emitting diode structure is characterized by being formed of either one.
本発明は反射層を具えた高輝度発光ダイオードを提供し、それは、以下の順に配置された発光構造、非合金オームコンタクト層、金属層、及び基板を包含する。反射鏡として、該金属層は純金属又は金属窒化物で形成されて優れた反射率を達成する。非合金オームコンタクト層は金属層と発光構造の間に介装され、これにより必要なオームコンタクトを達成する。金属層の、非合金オームコンタクト層との融合を防ぎ、金属層の反射表面の平坦度を維持するため、光学透過層が金属層と非合金オームコンタクト層の間に介装される。 The present invention provides a high brightness light emitting diode with a reflective layer, which includes a light emitting structure, a non-alloy ohmic contact layer, a metal layer, and a substrate arranged in the following order. As a reflector, the metal layer is made of pure metal or metal nitride to achieve excellent reflectivity. The non-alloy ohmic contact layer is interposed between the metal layer and the light emitting structure, thereby achieving the required ohmic contact. In order to prevent the fusion of the metal layer with the non-alloy ohmic contact layer and to maintain the flatness of the reflective surface of the metal layer, an optical transmission layer is interposed between the metal layer and the non-alloy ohmic contact layer.
以下の説明は本発明の実施例に関するものに過ぎず、本発明の用途、形態、範囲を限定するものではなく、図面及び以下の説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。 The following description relates only to the embodiments of the present invention, and is not intended to limit the application, form, or scope of the present invention. Any modification or alteration in detail that can be made based on the drawings and the following description is not limited to the present invention. Shall belong to the claims.
図3は本発明の第1実施例の断面図である。図示されるように、LED構造は、発光構造202を包含する。該発光構造202は、通電により発光する活性pn接合層を包含する。該発光構造202は通常、しかし必ずではないが、複数のIII−V化合物半導体層を包含する。発光構造202の精密な細部は本発明では厳密に追求されない。参照しやすいように、発光構造202に向いた全ての方向及び発光構造202に近い位置は上部方向或いは上部位置と称され、図3−図11内で、反対側は底部方向或いは底部位置と称される。
FIG. 3 is a sectional view of the first embodiment of the present invention. As shown, the LED structure includes a
発光構造202は第1金属層205の上にある。第1金属層205は反射鏡として機能し、ゆえに、発光構造202より第1金属層205に向けて発射される光は反射され発光構造202へと戻る。第1金属層205は純金属或いは金属窒化物、例えば、Au、Al、Ag、窒化チタン(TiNx)、窒化ジルコニウム(ZrNx)で形成される。純金属或いは金属窒化物は伝統的な合金反射鏡の代わりに採用され、これにより優れた反射性を達成すると共に高いアニール温度を回避できる。非合金オームコンタクト層204が発光構造202と第1金属層205の間に挿入されて必要な低抵抗導電を達成する。
The
該非合金オームコンタクト層204は、以下に限定されるわけではないが、選択的に透明或いは吸光性、p型或いはn型ドープとされ、半導体層は通常少なくとも1E19/cm3 を有する。非合金オームコンタクト層204の典型的な例は、これに限定されないが、炭素ドープAlAs、炭素ドープGaP、炭素ドープAlP、炭素ドープAlGaAs、炭素ドープInAlAs、炭素ドープInGaP、炭素ドープInAlP、炭素ドープAlGaP、炭素ドープGaAsP、炭素ドープAlAsP、炭素ドープAlGaInP、炭素ドープAlGaInAs、炭素ドープInGaAsP、炭素ドープAlGaAsP、炭素ドープAlInAsP、炭素ドープInGaAlAsP、マグネシウムドープAlAs、マグネシウムドープGaP、マグネシウムドープAlP、マグネシウムドープAlGaAs、マグネシウムドープInAlAs、マグネシウムドープInGaP、マグネシウムドープInAlP、マグネシウムドープAlGaP、マグネシウムドープGaAsP、マグネシウムドープAlAsP、マグネシウムドープAlGaInP、マグネシウムドープAlGaInAs、マグネシウムドープInGaAsP、マグネシウムドープAlGaAsP、マグネシウムドープAlInAsP、マグネシウムドープInGaAlAsP、亜鉛ドープAlAs、亜鉛ドープGaP、亜鉛ドープAlP、亜鉛ドープAlGaAs、亜鉛ドープInAlAs、亜鉛ドープInGaP、亜鉛ドープInAlP、亜鉛ドープAlGaP、亜鉛ドープGaAsP、亜鉛ドープAlAsP、亜鉛ドープAlGaInP、亜鉛ドープAlGaInAs、亜鉛ドープInGaAsP、亜鉛ドープAlGaAsP、亜鉛ドープAlInAsP、亜鉛ドープInGaAlAsP、炭素ドープInP、炭素ドープInAs、炭素ドープGaAs、炭素ドープInAsP、マグネシウムドープInP、マグネシウムドープInAs、マグネシウムドープGaAs、マグネシウムドープInAsP、亜鉛ドープInAs、亜鉛ドープGaAs、亜鉛ドープInAsPを包含する。上述のドープ化合物半導体は成分組成により透明或いは吸光性とされうる。
The non-alloy
他の実施例において、非合金オームコンタクト層204は、その形成の後、選択的にエッチングされることで複数の凹部2041が形成される。これは図4に示されるとおりである。凹部2041を有することの利点は、それらが注入電流分布の制御を助けることにある。凹部2041の別の利点は、それらが非合金オームコンタクト層204が選択的に吸光材料で形成された時の光の吸収を減らすことにある。エッチングの深さは通常、発光構造202の一部が露出するものとされる。
In another embodiment, the non-alloy
別の実施例では、図5に示されるように、選択的に透明で導電性の第1誘電層2051が第1金属層205と非合金オームコンタクト層204の間に挿入され、その目的は、第1金属層205と非合金オームコンタクト層204の間の融合を防止することにあり、発光構造202はそれらが凹部2041を有するとき、反射性と第1金属層205の反射面の平坦度を維持できる。第1誘電層2051は通常、透明電気伝導性酸化物(TCO)で形成される。典型的な例は、これに限定されるものではないが、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、錫酸化物(SnO)、アンチモンドープSnO、フッ素ドープSnO、りんドープSnO、亜鉛酸化物(ZnO)、アルミニウムドープZnO、インジウム酸化物(InO)、カドミウム酸化物(CdO)、カドミウム錫酸化物(CTO)、銅アルミニウム酸化物(CuAlO)、銅カルシウム酸化物(CuCaO)、及びストロンチウム銅酸化物(SrCuO)。
In another embodiment, a selectively transparent and conductive
他の実施例において、図6に示されるように、第2金属層206が基板207と第1金属層205の間に配置されうる。第2金属層206は純金属或いは合金で形成され、本発明のLED構造を形成するためのウエハーボンディングプロセスにおいて基板207への結合力を強化するために設けられる。その製造方法については後述する。同様に、第2金属層206の第1金属層205との融合を防止し、及び第1金属層205の反射性を維持するため、第2誘電層2061が第1金属層205と第2金属層206の間に配置され得て、それは図7に示されるとおりである。
In other embodiments, a
注意されたいことは以下のとおりである。第1金属層205は反射鏡として作用し、選択的な性質の第2誘電層2061は重要性をもたない。更に、図7のLED構造が垂直形態で配置された電極を具備するなら、第2誘電層2061は導電性を具備し、これにより導電経路が電極間に形成される。図7中のLED構造がプラナー形態で配置された電極を具備するなら、第2誘電層2061の導電性の有無はプラナー電極の配置に影響を与えない。更なる細部については後述する。
It is important to note that: The
また、第2金属層206と基板207の間に追加の一対の誘電層、及び、金属層が設けられ得ることに注意されたい。同様に、これらの追加の誘電層には光学的透過性を具備すること及び電気伝導性を具備することは要求されず、及びこれらの追加の金属層は純金属又は合金で形成されうる。第2誘電層2061及びこれらの追加の誘電層は、上述したように、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、錫酸化物(SnO)、アンチモンドープSnO、フッ素ドープSnO、りんドープSnO、亜鉛酸化物(ZnO)、アルミニウムドープZnO、インジウム酸化物(InO)、カドミウム酸化物(CdO)、カドミウム錫酸化物(CTO)、銅アルミニウム酸化物(CuAlO)、銅カルシウム酸化物(CuCaO)、及びストロンチウム銅酸化物(SrCuO)、及び金属窒化物、例えばTiNx、ZrNx(これらは光学的透過性を具備しない)、或いは絶縁材料、例えば窒化シリコン(SiNx)、酸化シリコン(SiOx)で形成されうる。図8は本発明の別の実施例を示す。図示されるように、純金属或いは合金で形成された第3金属層208が、基板207の上に形成され、その目的は、ウエハーボンディングプロセスの表現を強化することにある。更なる詳細は後述の製造プロセスにおいて提供される。
It should also be noted that an additional pair of dielectric layers and metal layers may be provided between the
第1金属層205はほとんどの光線を基板に向けて反射するため、基板207の工学的性質は重要ではない。基板207は半導体基板、金属基板、或いは他の適合する基板とされる。基板207は電気的に伝導性を有するか、有さないものとされる。導電性基板として典型的な材料は、これに限定されるわけではないが、ドープ(doped)Ge、ドープSi、ドープGaAs、ドープGaP、ドープInP、ドープInAs、ドープGaN、ドープAlGaAs、ドープSiC、ドープGaAsP、Mo、Cu、及びAlを包含する。典型的な非導電性基板207’の材料は、これに限定されるわけではないが、Ge、Si、GaAs、GaP、InP、InAs、GaN、AlN、AlGaAs、SiC、GaAsP、サファイヤ、ガラス、水晶、及びセラミックを包含する。
Since the
基板207は導電性を有し、電極201及び209は続くチッププロセスにおいて垂直形態で配置され、これは図9に示されるとおりである。基板207が非導電性であれば、電極201及び209はプラナー形態で配置されなければならない。図10に示されるように、図8中のLED構造の一部は所定深さまでエッチングされて非合金オームコンタクト層204と基板207の間に位置する一つの金属層の領域が露出させられる。この実施例では、エッチングにより第1金属層205の領域が露出させられている。電極201及び209がそれから発光構造202の上と第1金属層205の露出領域にそれぞれ形成される。注意されたいことは、複数の金属層があり、電極201と209の間に通電経路がある限り、LED構造に対するエッチング深さに制限はない。例えば、図11に示されるように、LED構造は第2金属層206が露出するまでエッチングされている。前述したように、第2誘電層2061の電気的伝導性の有無がプラナー電極の一方の配置に影響を与える。ゆえに、図11中のプラナー電極201及び209が作用するため、第2誘電層2061は導電性でなければならない。一方、図10中の第2誘電層2061は非導電性とされ得て、これは電極201及び209間の通電経路上にないからである。
The
電極207が導電性であれば、図11に示されるように電極201及び209はプラナー形態で配置可能である。同様に、LED構造は第2金属層206が露出するようエッチングされる。電極201及び209がそれから発光構造202上と、露出した第2金属層206上に形成される。基板207が導電性であるため、絶縁層2071が基板207上に直接配置されて金属層の下に位置する。絶縁層2071は以下の材料のいずれかで形成される。即ちSiNxとSiOx- である。注意されたいことは、第2誘電層2061及び追加の誘電その少なくとも一つが非導電性であれば絶縁層2071を必ずしも設ける必要はない。しかし、誘電層は通常必要な絶縁性を提供できないため、絶縁層2071は依然として実施されうる。また、良好な絶縁性能のため、絶縁層2071は図10(非導電性207を有している)において同様に実施されている。
If the
図12−17は図9の形成プロセスを示す。図12に示されるように、テンポラリー成長基板203がまず提供され、それから発光構造202を形成する複数の半藤体層がテンポラリー成長基板203の一側に成長させられる。基板203に関して主に配慮することは、発光構造202による良好な発光効率を達成できるようにすることである。例えば基板203はGaAsのような材料で形成され、GaAsの格子は発光構造202にマッチするためである。
12-17 illustrate the formation process of FIG. As shown in FIG. 12, a
それから、図13に示されるように、エピタキシャル成長ツール、真空蒸着、成長法(deposition)、スパッタ、或いはメッキ技術を使用して非合金オームコンタクト層204が続けて発光構造202の上に配置される。非合金オームコンタクト層204の形成は同一の反応器内で発光構造202の第1成長プロセスの直後に実施されうる。或いは、発光構造202と基板203を包含するエピタキシャル構造が製造され、個別に保存される。非合金オームコンタクト層204により注入電流分布を改善し、及び又は、吸光性を減らすため、複数の凹部2041が非合金オームコンタクト層204の表面にエッチングにより形成される。
Then, as shown in FIG. 13, a non-alloyed
図14に示されるように、真空蒸着、成長法(deposition)、スパッタ或いはメッキ技術により、第1誘電層2051、第1金属層205、第2誘電層2061、及び第2金属層206がこの順序で非合金オームコンタクト層204の上を被覆する。
As shown in FIG. 14, the
その後、導電性基板207が提供され、第3金属層208が永久基板207の一側上に、真空蒸着、成長法(deposition)、スパッタ或いはメッキ技術により形成され、これは図15に示されるとおりである。
Thereafter, a
それから、ウエハーボンディングプロセスが、図14と図15の構造を結合するために実施され、第2金属層206が第3金属層208と共に図16のように介装される。注意されたいことは、第2金属層206と第3金属層208のウエハーボンディングプロセス中にボンディング材として作用し、これによりウエハーボンディングプロセスのアニール温度が下げられ、操作期間が短くなる。更に、第3金属層208は必要なオームコンタクトを基板207に提供する。
A wafer bonding process is then performed to join the structures of FIGS. 14 and 15 and a
周知の反射鏡の発光構造へのウエハーボンディングと比較して、本発明はウエハーボンディングプロセスの前に直接第1金属層205(即ち反射鏡)が発光構造202上を被覆する。反射鏡の反射面はウエハーボンディングプロセス中に、直接ボンディングインターフェースに関与しない。ゆえに、反射面の粗さ或いは反応性及び汚染が防止される。本発明の第1金属層205はゆえに、従来の技術で形成されたものよりも優れた反射率を提供できる。
Compared to wafer bonding of the known reflector to the light emitting structure, the present invention directly coats the
テンポラリー成長基板203はそれから除去される。テンポラリー成長基板203の除去は発光構造202が永久基板207にボンディングされた後に実施され、発光構造202が薄過ぎることによる問題がこれにより回避される。次に、伝統的なチッププロセスが実行されてLED構造がチップ内にパッケージされる。これは二つの金属フィルムを上端と底端の電極209及び201それぞれに配置されることを伴い、これは図17に示されるとおりである。
The
図10或いは図11に示されるLED構造は基本的に同じプロセスを使用して形成されうる。違いは、まず、図15では、永久基板207の電気的性質は適切に決定されなければならないことである。次に、電極形成に先立ち、LED構造は発光構造202より金属層の一つに至る所定深さまで エッチングされることである。そして、第3に、電極201及び209は発光構造202上、及び露出した金属層上にそれぞれ形成されることである。
The LED structure shown in FIG. 10 or FIG. 11 can be formed using essentially the same process. The difference is that, first, in FIG. 15, the electrical properties of the
本発明は以上の好ましい実施例で説明されるが、本発明はこれらの実施例の細部に限定されるものではない。各種の変更及び修飾が前述の説明に基づきなされ得る。ゆえに本発明の範囲は特許請求の範囲の記載に準じるものとする。 Although the present invention is illustrated in the preferred embodiments above, the present invention is not limited to the details of these embodiments. Various changes and modifications can be made based on the foregoing description. Therefore, the scope of the present invention shall conform to the description of the scope of claims.
100 LED
102 発光構造
103 基板
101、109 電極
100’ LED
101’、109’ 電極
102’ 発光構造
103’ 基板
202 発光構造
205 第1金属層
204 非合金オームコンタクト層
2041 凹部
2051 第1誘電層
206 第2金属層
207 基板
2061 第2誘電層
208 第3金属層
2071 絶縁層
203 テンポラリー成長基板
100 LED
102
101 ', 109' Electrode 102 'Light emitting structure 103'
Claims (21)
基板と、
純金属又は金属窒化物で基板の上に形成された第1金属層と、
該第1金属層の上に形成された非合金オームコンタクト層と、
該非合金オームコンタクト層の上に形成されて該発光ダイオード構造の通電により光を生成する、発光構造と、
を包含したことを特徴とする、発光ダイオード構造。 A light emitting diode structure comprising a plurality of layers arranged in order from bottom to top,
A substrate,
A first metal layer formed on the substrate with pure metal or metal nitride;
An unalloyed ohmic contact layer formed on the first metal layer;
A light emitting structure formed on the non-alloy ohmic contact layer to generate light by energization of the light emitting diode structure;
A light-emitting diode structure comprising:
21. The light emitting diode structure according to claim 20, wherein the substrate is formed of any one of Ge, Si, GaAs, GaP, InP, InAs, GaN, AlN, AlGaAs, SiC, GaAsP, sapphire, glass, crystal, and ceramic. A light emitting diode structure.
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