JP2010251792A

JP2010251792A - 平面全方位リフレクタを有する発光ダイオード

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Publication number: JP2010251792A
Application number: JP2010146864A
Authority: JP
Inventors: E Fred Schubert; フレッドシューバートイー．
Original assignee: Rensselaer Polytechnic Institute
Current assignee: Rensselaer Polytechnic Institute
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2010-11-04
Also published as: AU2002360581A1; JP2005513787A; KR100984921B1; US20030111667A1; EP1454369A2; WO2003052838A3; JP4907842B2; KR100984887B1; CA2470095C; KR20040075002A; US6784462B2; WO2003052838A2; CA2470095A1; EP1454369B1; KR20090127959A; ATE542245T1

Abstract

【課題】反射サブマウントを有する高抽出効率の発光ダイオードおよびそのＬＥＤを形成するための方法を提供する。
【解決手段】発光領域が上部接触子１６０および伝導性ホルダ１９０の間に配置される。その領域は、上部接触子の下に位置する領域以上に広がる。全方位リフレクタ１８０が、発光領域１２０および伝導性ホルダの間に配置される。１つの実施形態では、このリフレクタが、上部接触子の下に位置する領域以上の領域に対応するように構成される、１つ以上の電気伝導性の接触子を包含する。１つの実施形態では、このリフレクタが、約１．０から２．２５の屈折率とリフレクタを通して広がる接触子１８３と反射伝導性膜１８４とを有する誘電体層を包含する。
【選択図】図８

Description

本発明は、概して、ＬＥＤ（発光ダイオード）に関し、より具体的には、光抽出効率を高める全方位リフレクタを有するＬＥＤに関する。

ＬＥＤは、半導体の、発光する領域を電流が通るとき、１つ以上の赤外線、可視光線、および紫外線のスペクトル領域で発光する。図１に示すように、通常のＬＥＤ１が、５５０ｎｍ−７００ｎｍの波長領域で光を発する。ＬＥＤ１は、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）基板３と格子整合するＡｌＧａＩｎＰ（リン酸化アルミニウムガリウムインジウム）活性領域２を含む。ＡｌＧａＩｎＰ活性領域２は、２つの逆にドープされた閉じ込め層５に囲まれる発光領域４を含む。ＬＥＤ１は、ＧａＡｓ基板３の光を吸収する性質から、ＡＳ−ＬＥＤ（ａｂｓｏｒｂｉｎｇ−ｓｕｂｓｔｒａｔｅｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ）と呼ばれ得る。活性基板材料の構成の化学式は、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐであり、ここで、ｘは０．０と１．０との間で変化し得る。この化学構成は、通常ＡｌＧａＩｎＰと略される（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐが、ＧａＡｓ基板３と格子整合であることを確実にする。

通常、ＡＳ−ＬＥＤ１は活性領域２の上に位置するウインドウ６を含む。ウインドウ６は、ＡｌおよびＩｎなどの他の要素も少量含み得るＧａＰ（リン化ガリウム）から構成され得る。ウインドウ６はまた、ヒ化アルミニウムガリウム、つまりＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓから構成され得る。通常、高電気伝導性の金属または合金を含む、光学的に不透明な上部接触子９がウインドウ６の上に形成され、かつ、高電気伝導性基板接触子１０が、活性領域２の反対側に基板３の隣りに形成される。ウインドウ６はまた、電流拡散層と呼ばれ得るが、それは、図２に示すように、上部接触子９によってカバーされる以上に広い範囲に、ウインドウ６が電流を分散させるからである。発光領域４を含む活性領域２は、当該分野では公知のように、ＤＨ（ダブルへテロ構造）か、より普通には、多重量子井戸構造である。

電流が、活性領域２を介して、上部接触子９と基板接触子１０との間を通過する際、図２の点線で示す発光断面によって示されるように、発光領域４から全方向に光が発光される。発光断面７は発光領域４の電流密度に対応する。基板３に向けて発光される光はＧａＡｓ基板３によって吸収される。基板３から離れる方向に発光され、かつウインドウ６の上面または底面に対して法線に近づくまたは法線である入射角を有する光は、ＬＥＤ１から発光される。しかし、ウインドウ６に対して斜めの入射角を有する光は、ウインドウの上面で反射さ得れ、従って、基板３に吸収され得る。

ＡＳ−ＬＥＤ１の光抽出効率の向上の努力の中で、分散ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ）８が活性領域２と基板３との間に配置され得る。ＤＢＲ８は部分的に反射するのみだが、しかし、共鳴する波長と法線の入射角とによって、最も高い反射率を提供している。ＤＢＲ８によって反射されない光は、ＧａＡｓ基板３によって吸収される。

図３−７は別のＬＥＤ構造を示す。この構造は透明基板１３を有して形成されるので、ＬＥＤ１１はＴＳ−ＬＥＤ１１と呼ばれる。活性領域１２が、（ＡＳ−ＬＥＤ１と同様な）ＧａＡｓ基板１３ａ上に、形成される。その後、ＧａＰまたはＡｌＧａＡｓのウインドウ１６が活性領域１２の上に形成され、そして、ＧａＡｓ基板１３ａが構造から除去される。次に、活性領域１２およびＧａＰまたはＡｌＧａＡｓのウインドウ１６は、透明ＧａＰ基板１３に結合するウェハである。活性領域１２から透明ＧａＰ基板１３に向けて発光される光は、吸収されることなく透明ＧａＰ基板１３を透過し、かつその光は透明ＧａＰ基板１３から逃れ得るか、またはデバイスのパッケージ（図示せず）によって反射され得る。

ＴＳ−ＬＥＤ１１はＡＳ−ＬＥＤ１よりも優れた光抽出効率を提供するが、ＴＳ−ＬＥＤ１１に関連するいくつかの不利点がある。活性領域１２および透明ＧａＰ基板１３の間の半導体−半導体ウェハ結合は、高精度を必要とし、かつ極端に汚染に敏感であり、したがって、処理工程コストが高くかつ工程歩留まりが低い。ＴＳ−ＬＥＤ１１の別の不利点は、透明ＧａＰ基板１３が高価なことである。さらに、ＧａＰ／ＡｌＧａＩｎＰインターフェースおよびＧａＰ基板は、ＡＳ−ＬＥＤに比べてより高い順電圧を生む。より高い順電圧はＴＳ−ＬＥＤ１１の効率を下げる。

したがって、ＴＳ−ＬＥＤ１１の、不利点となる費用、低い歩留まり、および順電圧を有さない、高光抽出効率を提供するＬＥＤへの要望がある。

（発明の要旨）
このことやその他の要望に応えるため、およびその目的の見地から、本発明の例示的実施形態が、反射サブマウントを有する高抽出効率の発光ダイオードを提供する。発光領域が上部の接触子および伝導性ホルダの間に設置され、上部の接触子の下に位置する領域以上に広がる。全方位リフレクタが、活性領域と伝導性ホルダの間に設置される。１つの実施形態では、リフレクタが、上部の接触子の下に位置する領域以上の領域に、対応するように構成される、１つ以上の電気伝導性接触子を含む。１つの実施形態によると、リフレクタが、約１．１０から２．２５の間の屈折率を有する誘電体層と、誘電体層を介して延びる接触子と、金属で構成される反射伝導性膜とを含む。

これまでの一般的な説明および以下の詳細な説明は、共に本発明の例示的なものであり、本発明はこれらに制限されないことが理解される。本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ材料のシステムの状況の中で説明される。しかし、本発明はまた、他の材料で構成されるＬＥＤ、特に、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、およびＡｌＧａＩｎＮで構成される発光領域を有するＬＥＤで実施するために、縮小され得ることに留意されたい。

本発明は、添付の図面と共に読まれるとき、以下の詳細な説明から最もよく理解される。慣例により、図面の様々な特徴は比例尺ではないことが強調される。反対に、様々な特徴の寸法は明確さのために、任意に拡大されるかまたは縮小される。
例えば、本発明は以下を提供する。
（項目１）
上部接触子であって、該上部接触子の下に位置する領域を規定する、上部接触子と、
伝導性ホルダと、
該上部接触子および該伝導性ホルダの間に配置され、該上部接触子の下に位置する領域を越えて延びる発光領域と、
該発光領域および該伝導性ホルダとの間に配置される全方位リフレクタであって、該全方位リフレクタが、該上部接触子の下に位置する該領域を越える領域に対応するように構成される、１つ以上の電気伝導性接触子を有する、全方位リフレクタと
を含む、発光ダイオード。
（項目２）
前記１つ以上の電気伝導性接触子が、約１．１０から２．２５の屈折率を有する誘電体層の中に配置される、項目１に記載の発光ダイオード。
（項目３）
前記誘電体層が二酸化シリコンを含む、項目２に記載の発光ダイオード。
（項目４）
前記誘電体層が窒化シリコンを含む、項目２に記載の発光ダイオード。
（項目５）
前記誘電体層がフッ化マグネシウムを含む、項目２に記載のダイオード。
（項目６）
前記誘電体層が、抽出された光の約１／４の波長に比例しかつその屈折率に反比例する厚さを有する、項目２に記載の発光ダイオード。
（項目７）
前記１つ以上の電気伝導性接触子が、前記誘電体層の断面積の半分より少ない面積に広がるオーム接触のパターンである、項目２に記載の発光ダイオード。
（項目８）
前記オーム接触のパターンが、前記誘電体層の断面積の１／１０より少ない面積に広がる、項目７に記載の発光ダイオード。
（項目９）
前記全方位リフレクタが、前記上部接触子の下に位置し、約１．１０と２．２５との間の屈折率を有する絶縁層と、該上部接触子の外辺を越える領域に位置し、約１．１０から２．２５の間の屈折率を有する、１つの伝導性接触子とを含む、項目２に記載の発光ダイオード。
（項目１０）
前記絶縁層が二酸化シリコンを含む、項目９に記載の発光ダイオード。
（項目１１）
前記伝導性接触子が、ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎ−ｏｘｉｄｅを含む、項目９に記載の発光ダイオード。
（項目１２）
活性領域であって、導電型が逆である２つの閉じ込め層を有し、該層の間に配置される発光領域を有する、活性領域と、
該発光領域に対向する該閉じ込め層のうちの第１の層に近接する、全方位リフレクタと
を含む、発光ダイオード。
（項目１３）
前記各閉じ込め層に隣接し、かつ前記発光領域に対向して配置されるウインドウをさらに含む、項目１２に記載の発光ダイオード。
（項目１４）
前記発光領域が、多重量子井戸構造を含み、前記閉じ込め層が、ｐ型ドーパントでドープされるＡｌＧａＩｎＰおよびｎ型ドーパントでドープされるＡｌＧａＩｎＰを含み、、前記ウインドウの少なくとも１つが、ドープされたＡｌＧａＩｎｐを含む、項目１３に記載の発光ダイオード。
（項目１５）
前記ウインドウの１つが、基本的にＧａＰを含む、項目１４に記載の発光ダイオード。
（項目１６）
前記上部ウインドウがＧａＰを含む、項目１５に記載の発光ダイオード。
（項目１７）
前記底部ウインドウがＧａＰを含む、項目１５に記載の発光ダイオード。
（項目１８）
前記上部および底部ウインドウが約１から２５ミクロンの厚さを有する、項目１４に記載の発光ダイオード。
（項目１９）
前記上部ウインドウが約５から２０ミクロンの厚さを有し、前記底部ウインドウが１から１５ミクロンの厚さを有する、項目１４に記載の発光ダイオード。
（項目２０）
前記全方位リフレクタが、低屈折率を有する誘電体層と、該誘電体層を通って広がるオーム接触のアレイと、該発光領域に対向する該誘電層に近接して配置される金属層とを含む、項目１２に記載の発光ダイオード。
（項目２１）
前記該オーム接触のアレイが、前記上部接触子の外辺を越える領域の下に位置してパターンに配置される、項目２０に記載の発光ダイオード。
（項目２２）
発光ダイオードを形成するための方法であって、
基板上にエピタキシャル層を形成するステップであって、該エピタキシャル層が発光領域を含む、基板上にエピタキシャル層を形成するステップと、
該エピタキシャル層の上に上部接触子を形成するステップと、
該上部接触子および該エピタキシャル層に一時ホルダを取り付けるステップと、
該基板を除去するステップと、
該エピタキシャル層に全方位リフレクタを形成するステップと、
伝導性ホルダを該全方位リフレクタに取り付けるステップと、
該一時ホルダを除去するステップと
を包含する、発光ダイオードを形成する方法。
（項目２３）
前記エピタキシャル層が、上部および底部閉じ込め層ならびに上部および底部ウインドウをさらに含む、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記発光領域と、該上部および底部閉じ込め層と、上部および底部ウインドウの少なくとも１つとが、リン酸アルミニウムガリウムインジウム（ａｌｕｍｉｎｕｍｇａｌｌｉｕｍｉｎｄｉｕｍｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）を含む、項目２３に記載の方法。
（項目２５）
前記上部および底部ウインドウの少なくとも１つが、リン酸ガリウムを含む、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
前記全方位リフレクタが、誘電体層を通って広がりかつ前記上部接触子の外辺を越える領域の下に位置する、オーム接触のパターンを含む、項目２２に記載の方法。
（項目２７）
前記全方位リフレクタが、約１．１０から２．２５の間の屈折率を有するブランケット式誘電体層をエピタキシャル層上に配置すること、該誘電体層に開口を形成するために該誘電体層をパターニングすること、および該開口の中にオーム接触を形成することによって形成される、項目２６に記載の方法。
（項目２８）
前記全方位リフレクタが、ブランケット式伝導性層を形成すること、前記上部接触子の外辺を越える領域の下に、１つ以上の伝導性接触子をパターン状に形成するために、該伝導性層をパターニングすること、および約１．１０から２．２５の間の屈折率を有する誘電体層を、伝導性接触子を有さない領域に形成することによって作成される、前記２６に記載の方法。
（項目２９）
発光ダイオードを形成する方法であって、
基板上にエピタキシャル層を形成するステップであって、該エピタキシャル層が発光領域を含む、基板上にエピタキシャル層を形成するステップと、
該エピタキシャル層上に全方位リフレクタを形成するステップと、
該全方位リフレクタに伝導性ホルダを取り付けるステップと、
該基板を除去するステップと、
該伝導性ホルダに対向する該エピタキシャル層上に上部接触子を形成するステップと
を含む、発光ダイオードを形成する方法。

図１は、従来のＡＳ−ＬＥＤの断面図である。図２は、従来のＡＳ−ＬＥＤにおける電流拡散層の効果を示す。図３は、従来のＴＳ−ＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。図４は、従来のＴＳ−ＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。図５は、従来のＴＳ−ＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。図６は、従来のＴＳ−ＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。図７は、従来のＴＳ−ＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。図８は、本発明による反射サブマウントＬＥＤの断面図である。図９は、図８の反射サブマウントＬＥＤの、図８の線９−９におおむね沿った、断面図である。図１０は、本発明の例示的実施形態による、反射サブマウントＬＥＤの電流拡散層の効果を示す。図１１は、本発明の例示的実施形態による、反射サブマウントＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。図１２は、本発明の例示的実施形態による、反射サブマウントＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。図１３は、本発明の例示的実施形態による、反射サブマウントＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。図１４は、本発明の例示的実施形態による、反射サブマウントＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。図１５は、本発明の例示的実施形態による、反射サブマウントＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。図１６は、本発明の例示的実施形態による、反射サブマウントＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。図１７は、本発明の例示的実施形態による、反射サブマウントＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。図１８は、本発明の別の例示的実施形態による、反射サブマウントＬＥＤの断面図である。図１９は、図１８の反射サブマウントＬＥＤの線１９−１９におおむね沿った断面図である。図２０は、本発明の別の例示的実施形態による、反射サブマウントＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。図２１は、本発明の別の例示的実施形態による、反射サブマウントＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。図２２は、本発明の別の例示的実施形態による、反射サブマウントＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。図２３は、本発明の別の例示的実施形態による、反射サブマウントＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。図２４は、本発明の別の例示的実施形態による、反射サブマウントＬＥＤの製造工程のステップのシーケンスを示す。

（発明の詳細な説明）
今から図面を参照するが、全体を通して、同様の参照番号は同様の要素を示し、図８および図９は、本発明の例示的実施形態による反射サブマウント発光ダイオード（ＲＳ−ＬＥＤ）１０１を示す。例示的ＲＳ−ＬＥＤ１０１が、下方に向けて（その上部ウインドウから離れるように）発光される光を反射することによって、利点のある光の出力を提供する。図８および図９に示すＲＥ−ＬＥＤ１０１はまた、発光断面が光学的に不透明な上部接触子の下から移動して、発光される光が、デバイスからさらに多く出射するように、電流を有利に分散させる。

本明細書において使用される、用語「上部（ｔｏｐ）」、「上（ｏｖｅｒ）」「上方に（ｕｐｗａｒｄｌｙ）」などは、対応する図の上に向かう方向を示し、それはまた、完成品のデバイスから光が発光される方向にも対応する。用語「透明」は、（関係する周波数領域の中の）光が、構成物または構造物を、わずかに吸収されるかまたは全く吸収されずに通り抜けることを意味する。

図８の例示的ＲＳ−ＬＥＤ１０１は、上から下へ、上部接触子１０９、上部ウインドウ１６０、活性領域１２０、底部ウインドウ１６１、リフレクタ１８０、および伝導性ホルダ１９０を含む。活性領域１２０は、底部閉じ込め層１２６と上部閉じ込め層１２５とに挟まれる発光領域１２４を含む。図８に示しかつ以下に説明するデバイスは、好ましくはＰ−ｕｐ構成の状態に成長される。発光領域１２４のあとに成長した半導体構造物はＰ型であり、発光領域１２４の前に成長した半導体構造物はＮ型である。しかし、Ｎ−ｕｐ構成を有する実施形態もまた、本発明の範囲内にあると考えられることに留意すべきである。ｐ型ｕｐ成長が一般的には好ましいが、ｎ型ｕｐ成長も可能である。

上部閉じ込め層１２５は、例えば、約５．０ＥＥ１６から１．０ＥＥ１８ａｔｍ／ｃｍ^３の間の濃度のＭｇまたはＺｎイオンなどのＰ型ドーパントでドープされたＡｌＧａＩｎＰを含み得る。底部閉じ込め層１２６は、例えば、約５．００ＥＥ１６から１．００ＥＥ１８ａｔｍ／ｃｍ^３間の濃度のＳｉまたはＴｅイオンなどのＮ型ドーパントでドープされたＡｌＧａＩｎＰを含み得る。発光領域１２４は、例えば、均一に構成される半導体層、ダブルへテロ構造（ＤＨ）、または、より普通には、ＡｌＧａＩｎＰを含む多重量子井戸構造を含み得る。

上部および底部のウインドウ１６０および１６１は、それぞれ、ＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓまたはＩｎの含有率が低いＧａＩｎＰなどの、透明で電気伝導性の材料を含む。上部ウインドウ１６０は、例えば、約１．００ＥＥ１７から１．０ＥＥ１９ａｔｍ／ｃｍ^３の間の濃度のＭｇまたはＺｎイオンなどのＰ型ドーパントでドープされたＡｌＧａＩｎＰを含み得る。底部ウインドウ１６１はまた、約１．００ＥＥ１７から１．０ＥＥ１９ａｔｍ／ｃｍ^３の間の濃度のＳｉまたはＴｅイオンなどのＮ型ドーパントでドープされたＡｌＧａＩｎＰを含み得る。ウインドウ１６０および１６１は一般的に透明であり、それらを透過する光のわずかな部分のみを吸収する。なお、ＧａＰは、活性領域１２０の後で成長した上部または底部のウインドウ１６０および１６１のためにのみ使用されるべきである。なぜなら、ＧａＰ格子は、ＧａＡｓ基板と格子整合であるＡｌＧａＩｎＰ格子と、不整合を引き起こすからである。上部ウインドウ１６０は、約１から２５ミクロン、好ましくは約５から２０ミクロンの間の厚さを有する。底部ウインドウ１６１は、約１から２５ミクロン、好ましくは約１から１５ミクロンの間の厚さを有する。図１０に示すように、上部ウインドウ１６０は、上部接触子１０９の境界を越えて電流を拡散する。底部ウインドウ１６１は、オーム接触１８２の間に拡散する。

リフレクタ１８０は、透過層１８３、オーム接触のアレイ１８２、および反射膜１８４を含む。透過層１８３は、好ましくは約１．１０から２．２５の間の低い屈折率を有する。図８および９に示す例示的実施形態では、透過層１８３が、ＳｉＯ_２（二酸化シリコン）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化シリコン）またはＭｇＦ（フッ化マグネシウム）などの低屈折率の絶縁材料を含む。透過層１８３の厚さ（ｔｈ）は以下の式によって近似される。

ｔｈ＝λ／（４ｎ）（式１）
ここで、λはＬＥＤのピーク発光波長であり、ｎは透過層１８３の屈折率である。この厚さは、透過層１８３に広範囲の入射角で当たる光が、高反射率で反射されることを確実にする。

透過層１８３を通って広がるのはパターン１８１に構成されるオーム接触のアレイ１８２である。オーム接触１８２は、上部接触子１０９に対応するように配置される、透過層１８３の中で中心部分１８５を規定する。オーム接触１８２は、その上に位置する半導体層との低い電気抵抗接触を提供し、例えば、Ｎ型オーム接触にはＡｕＧｅ−Ｎｉ−Ａｕ、Ｐ型接触にはＡｕＺｎまたはＡｕＢｅなどの金属化合物を含み得る。図９に示すように、オーム接触１８２は、反射膜１８４と底部ウインドウ１６１との間の小さいインターフェース領域部分を含む。オーム接触１８２は、約０．２５から１０パーセントのインターフェース領域を含む。この小さなオーム接触表面領域が、到達する一部の光およびその下に位置する反射膜１８４によって反射される一部の光を増加させる。増加された反射は、今度は、ＬＥＤの光抽出効率を増加させる。

パターン１８１は、上部ウインドウ１６０の電流拡散機能を強化する。図１０に示すように、電流が、絶縁透過層１８３の中心部分１８５を含む、絶縁透過層１８３を通過するのを防ぎ、かわりに接触子１８２の方へ引き寄せる。なお、接触子１８２は上部接触子１０９の下に位置しない。したがって、発光領域１２４の（点線の発光断面１２４Ａの幅によって表される）電流分布は、上部接触子１０９を越える発光領域１２４の部分では上部接触子１０９の下に位置する発光領域１２４の部分よりも大きい。その結果、発光される光のより小さい部分は、不透明な上部接触子１０９によって、反射されるか、散乱されるか、または吸収される。

反射膜１８４は、電気接触およびリフレクタの両方の役割を果たす、高反射率を有する電気伝導性材料を含む。反射膜１８４に適する材料は、銀（Ａｇ）およびアルミニウム（Ａｌ）を含む。高反射率の反射膜１８４に結合される透過層１８３の厚さおよび低屈折率が、抽出効率を強化して、下向きに発光される光のほぼすべてを、吸収させるよりも反射させる。

図８に示す伝導性ホルダ１９０が、反射膜１８４に取り付けられて構造的安定および電気接触を提供する。伝導性ホルダ１９０は、例えば、伝導性金属構造または上面および底面に金属被膜を有するシリコンウェハであり得る。ＲＳ−ＬＥＤ１０１の活性領域１２０およびウインドウ１６０と１６１は薄く、５０ミクロンより薄い厚さであり、その結果、機械的に脆弱である。伝導性ホルダ１９０は、構造的安定を提供するのに十分な厚さを有する。１つの例示的実施形態では、反射膜１８４と伝導性ホルダ１９０のインターフェースは金属−金属である。したがって、伝導性ホルダ１９０は、はんだ付けまたは伝導性接着剤を使用する接着などの高生産性工程を用いて、機械的におよび電気的に反射膜１８４に結合され得るので、半導体同士をウェハ接着するＴＳ−ＬＥＤ１１の問題点を回避する。

図１１から１７を参照すると、ＲＳ−ＬＥＤ１０１を形成するための例示的方法が提供される。（集合的には、半導体のまたはエピタキシャルの層を含む）底部ウインドウ１６１、活性領域１２０、および上部ウインドウ１６０はＧａＡｓ基板２０１上にシーケンスとして形成される。エピタキシャル層は、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ化学物質を有する有機金属気相エピタキシャル（ＭＯＶＰＥ）プロセスを用いて形成され得る。底部ウインドウ１６１は、好ましくは約１から１５ミクロンに堆積されるかまたは成長させられる。底部閉じ込め層１２６は、底部ウインドウ１６１の上に堆積されるかまたは成長させられる。底部閉じ込め層１２６は、例えば、連続ＭＯＶＰＥによって堆積されるかまたは成長させられ得る。ウインドウ層および閉じ込め層はその層の電気伝導性およびＰＮ接合の形成を確実にするためにドープされる。

ＡｌＧａＩｎＰ発光領域１２４は底部閉じ込め層１２６の上に形成される。発光領域１２４は、例えば、当該分野では公知のように、ＤＨまたはＭＱＷ構造を含み得る。次に、上部閉じ込め層１２５および上部ウインドウ１６０が発光領域１２４の上にシーケンスとして堆積されるか成長させられる。上部閉じ込め層１２５および上部ウインドウ１６０は両方とも、ＭｇまたはＺｎイオンなどのｐ型ドーパントで、上部ウインドウ１６０は上部閉じ込め層１２５よりも濃いドーパント濃度を有してドープされる。あるいは、ウインドウ１６０および１６１に対して、ＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓ化学物質が、ＡｌＧａＩｎＰ化学物質の代わりに使用され得る。および、本発明の方法で活性領域１２０の後で形成された上部ウインドウ１６０に対して、ＧａＰ化学物質が使用され得る。

ＭＯＶＰＥプロセスを用いてエピタキシャル層を堆積または成長させた後で、上部接触子１０９が上部ウインドウ１６０の上に形成される。上部接触子１０９は、例えば、堆積およびパターニングのプロセスによって形成されるアルミニウムはまた金によって覆われた、ＡｕＺｎまたはＡｕＢｅの合金などの伝導性金属を含み得る。そのような合金はｐ型半導体の接触を形成する。その後、一時ホルダ２０３が、上部接触子１０９および上部ウインドウ１６０にワックスまたはその他の除去可能な物質によって取り付けられ、その後基板２０１がエピタキシャル層から除去される。基板２０１の大部分は、最後の約２０ミクロンを残して、化学的機械的な研磨プロセスによって除去され得、その約２０ミクロンは、選択されるウェット化学エッチングによって除去される。

図１５に示すように、裏側の処理が基板２０１の除去の後で行われる。オーム接触１８２のパターン１８１が形成され、低屈折率を有する透過層１８３を通って広がる。透過層１８３が、エピタキシャル層を逆にして、（つまり、一時ホルダ２０３が下になり、図１５に示す位置から反対の位置で）底部ウインドウ１６１上に、堆積によって形成され得、その後、フォトリソグラフィを用いてオーム接触１８２のための開口を形成するために、パターニングされ得る。オーム接触１８２が、その後、別のフォトリソグラフィによって形成され得る。上記のように、オーム接触１８２は、ＡｕＧｅ−Ｎｉ−Ａｕなどのメタリゼーションを含む。そのような合金が、Ｎ型半導体との接触を形成する。

あるいは、パターン１８１が、金属層のブランケット式堆積、およびブランケット式金属層のパターニングによって形成される。透過層１８３が、その後、パターン１８１の上に形成され、オーム接触１８２を露出するために平坦化される。

あるいは、透過層１８３は、、接触バイアスを形成するために、ブランケット式に堆積およびパターニングされ得る。反射膜１８４が、その後、透過層１８３およびオーム接触１８２の上に形成され、オーム接触子１８２を介して、反射膜１８４およびエピタキシャル層との間に電気的連続性を提供する。

伝導性ホルダ１９０が、伝導性接着剤、ハンダ、または別の処理によって、反射膜１８４に取り付けられ、機械的連結および電気的接続を提供する。伝導性ホルダ１９０の反射膜１８４への取り付けは、ＴＳ−ＬＥＤ１１に関連するウェハ同士の結合の精度を必要としない。伝導性ホルダ１９０が取り付けられた後で、一時ホルダ２０３が除去される。

別の例示的なＲＳ−ＬＥＤ３０１を図１８および１９に示す。エピタキシャル層１６０、１２０および１６１、および上部接触子１０９は上で説明し、図８から１７に示す例示的実施形態と同様である。別のＲＳ−ＬＥＤ３０１は、底部ウインドウ１６１の下にあるリフレクタ３８０を含む。リフレクタ３８０は、伝導性の低屈折率領域３８２および絶縁低屈折率領域３８３を有する屈折層を含む。伝導性低屈折率領域３８２は、上部コンダクタ１０９に対応するように配置される中心部分３８５を有して構成される。伝導性低屈折率領域３８２は、約１．１０から２．２５の間の屈折率を有する、しばしばＩＴＯと呼ばれるＩｎＳｎＯなどの電気伝導性材料を含み得る。絶縁低屈折率領域３８３は、約１．１０から２．２５の間の屈折率を有する、ＳｉＯ_２またはＳｉ_３Ｎ_４などの電気絶縁材料を含み得る。絶縁低屈折率領域３８３は、少なくとも中心部分３８５の中に形成される。上記の実施形態にあるように、屈折率層の厚さ（ｔｈ）は式１（ｔｈ＝λ／４ｎ）によって近似される。

ＲＳ−ＬＥＤを形成するための別の例示的方法を図２０から２４に示す。エピタキシャル層１６０、１２０、および１６１は上記のように、ＧａＡｓ基板２０１上に成長されるかまたは堆積される。エピタキシャル層の形成に続き、裏側の処理が図２１に示すように行われる。絶縁低屈折率層１８３が形成され、パターニングされ、その後に、絶縁低屈折率層１８３の中にオーム接触１８２の堆積が続く。あるいは、オーム接触層は、オーム接触１８２の形成のために、オーム接触の間に堆積される絶縁低屈折率層１８３を有して、ブランケット方式で堆積されパターニングされ得る。平坦化のステップが、必要な場合、行われ得る。反射金属膜１８４が、その後、オーム接触１８２および絶縁低屈折率層１８３の上に形成される。オーム接触１８２、絶縁低屈折率層１８３，および反射膜１８４の材料および厚さは、上記の実施形態と同様である。

図２２に示すように、伝導性ホルダ１９０が反射膜１８４に取り付けられる。図２３に示すように、その後、基板２０１が除去され、図２４に示すように、上部接触子１０９が上部ウインドウ１６０の上に形成される。この別の例示的方法によって、底部ウインドウ１６１が活性領域１２０の後から形成されることが可能となる。これにより、底部ウインドウ１６１は、ＧａＰ、またはＧａＡｓに関して格子と不整合なその他の材料であってもよい。

ＬＥＤの表面微細化処理（粗面処理とも呼ばれる）がＬＥＤの光抽出効率を向上し得ることは一般的に公知である。ＬＥＤの上部表面の表面微細化処理が特に効果的なのは証明されている。表面微細化処理はランダムな粗面処理、格子構造の製造、および光のバンドギャップ構造の製造を含み得る。表面微細化処理構造は当業者には周知である。そのような表面微細化処理はまた、ＬＥＤからの光抽出を増加するために本発明において適用され得る。例えば、図８、図１０、または図１８の層１６０の上部表面が微細化処理され得る。

いくつかの具体的な実施形態に関して、上で説明および図示したが、本発明は、しかしながら、示された詳細には限定されることを意図しない。むしろ、本発明の意図から逸脱することなく、項目に等価の範囲および領域内で、様々な改変がなされ得る。

Claims

明細書に記載の発光ダイオード。