JP2010157772A - 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
【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
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。
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2の発明は、請求項1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3の発明は、請求項1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4の発明は、請求項1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5の発明は、請求項1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6の発明は、請求項1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7の発明は、請求項1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8の発明は、請求項1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9の発明は、請求項1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10の発明は、請求項1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。
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。
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 (10)
- 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1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1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1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1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1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1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1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1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1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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