JP2010525573A - 成長基板を有する発光ダイオード上の透明オーム接触 - Google Patents

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Abstract

成長基板と、成長基板の第１の表面上の実質的に透過性のオーム接触と、成長基板の第２の表面上のＩＩＩ族窒化物発光活性領域と、活性領域内で発生する光を伝送する活性領域上のｐ型ＩＩＩ族窒化物接触層と、ｐ型接触層上の実質的に透過性のオーム接触とを含む、発光ダイオードが開示される。別の側面では、本発明は、成長基板と、成長基板上のそれぞれのｐ型およびｎ型エピタキシャル層とを含み、エピタキシャル層は、成長基板の屈折率以下の屈折率を有する、発光ダイオードである。透過性オーム接触は、成長基板と反対側にあるエピタキシャル層上にある。

Description

（発明の分野）
本発明は、発光ダイオードに関し、より具体的には、発光エピタキシャル層がその上に成長させられる基板の少なくとも一部を含む発光ダイオードの外部量子効率に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、光半導体素子の一種であって、適切な半導体材料における正孔組み換え現象を促進することによって、印加電圧を光に変換する。結果として、組み換え現象において放出されるエネルギーの一部または全部によって、光子を生成する。
発光ダイオードは、他の半導体素子のいくつかの好ましい特徴を共有する。これらには、概して、強固な物理的特徴、長寿命、高信頼性、および特定の材料によっては低コストが含まれる。
本業界において一般的および周知のいくつかの用語が、本明細書において使用される。しかしながら、そのような産業用途では、これらの用語は、時として、その意味が非公式に混合される。故に、これらの用語は、本明細書では、可能な限り正確に使用されるが、あらゆる場合において、その意味は文脈内において明白となるであろう。
故に、用語「ダイオード」または「チップ」は、典型的には、最小限、ある形態のオーム接触とともに、反対導電型（ｐおよびｎ）の２つの半導体部分を含み、結果として生じるｐ−ｎ接合部全体に電流を印加する構造を指す。
用語「ランプ」は、適切な電気接触と、かつ潜在的にレンズと整合され、電気回路、または照明器具、あるいは両方に、追加もしくは含有可能である個別素子を形成する発光ダイオードを指すために使用される。
本明細書で使用されるように、用語「パッケージ」は、典型的には、ダイオードにある程度の物理的保護を提供し、光学的に光出力を指向可能なプラスチックレンズ（樹脂、エポキシ樹脂、封止材）とともに、適切な物理的および電気的構造（時として、電流が印加される金属の小片のように単純なもの）上の半導体チップの配置を指す。
発光ダイオードおよびダイオードランプの構造および動作に関する適切な参照文献として、非特許文献１および非特許文献２が挙げられる。
ＬＥＤによって放出される色は、それが形成される材料によって大きく画定される。ガリウムヒ素（ＧａＡ）およびガリウムリン（ＧａＰ）から形成されるダイオードは、可視スペクトルの低エネルギー（赤色および黄色）部分における光子を発する傾向にある。炭化ケイ素（ＳｉＣ）およびＩＩＩ族窒化物等の材料は、バンドギャップが大きく、したがって、高エネルギーの光子を生成することが可能であって、緑色、青色、青紫色、および電磁スペクトルの紫外線部分として現れる。
いくつかの用途では、ＬＥＤは、その出力が変調される場合、または異なる色に変換される場合に、より有用である。青色発光ＬＥＤの可用性が、大幅に増加したことによって、青色光子をダウンコンバートする黄色発光蛍光体の組み込みも同様に増加している。ダイオードによって放出される青色光と、蛍光体によって放出される黄色光との組み合わせは、白色光を生み出し得る。結果として、固体源からの白色光の可用性は、特に、カラーディスプレイのための照明および電灯（多くの場合、背面照明）を含む、それらをいくつかの用途に組み込む能力を提供する。そのような素子（例えば、平面型コンピュータスクリーン、携帯端末、および携帯電話）では、青色ＬＥＤおよび黄色蛍光体は、白色光を生成し、次いで、それらは、何らかの方法で分散され、カラー画素を照射する。そのようなカラー画素は、多くの場合、液晶、カラーフィルタ、および偏光子の組み合わせによって形成され、背面照明を含むユニット全体は、概して、液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）と称される。
発光ダイオードの使用が商業的に増加し、白色光を生成するダイオードの基本特徴についての理解が高まるにつれて、本技術における着目される進歩は、他の全要因が等しい所与のダイオード構造によって生成される総光量を増加させることとなる傾向にある。
この点において、任意の所与の時間において、ダイオードによって生成される個々の光子の数は、ダイオード内で生じる組み換え現象の数に依存し、光子の数は、概して、組み換え現象の数未満である（すなわち、全現象が、光子を生成するわけではない）。結果として、組み換え現象の数は、ダイオードを通って流れる電流の量に依存する。再び、組み換え現象の数は、典型的には、接合部全体に注入される担体の数未満となるであろう。したがって、これらの光電子工学特性は、ダイオードの外部出力を低減し得る。
加えて、光子が生成される場合、光子はまた、観測者によって感知されるように、ダイオードおよびランプから実際に離散しなければならない。多くの光子は、難なく、ランプから離散するが、いくつかの周知の作用は、光子の一部の離散を妨害する。これらの作用は、ダイオード内の種々の材料の屈折率の差異から生じ、したがって、ＬＥＤランプの外部出力（すなわち、その効率）を低減させる。このようなものとして、減衰されて放出されるまで、または放出されるのではなく吸収されるまで（すなわち、スネルの法則およびフレネル損失）の光子の内部反射が挙げられる。また、ダイオード内の材料間の屈折率の差異は、その後、それを減衰または吸収する物体に向かって放出光子の方向を変化させ得る（スネルの法則）。同一結果は、蛍光体含有ＬＥＤランプ内の蛍光体によって放出される黄色光子にも生じ得る。ＬＥＤランプでは、そのような「物体」として、基板、パッケージの一部、および金属接触層が挙げられ得る。実際、半導体材料に光子を放出させる同一の量子力学的特徴もまた、半導体材料に光子を吸収させるであろう。したがって、ＬＥＤ内の発光エピタキシャル層さえ、放出光子を吸収し、ダイオードの全体外部効率を低減させ得る。
多くの発光ダイオードを含む多くの半導体素子は、基本形態として、半導体基板と、基板上の半導体材料のエピタキシャル層とから成る。エピタキシャル層は、多くの場合（必ずしも排他的ではないが）、素子の活性部分を形成する。これらは、概して、その化学純度を増加させ、高次結晶構造を生成するように成長させられるため（多くの場合、化学蒸着）、本目的に対して有利である。加えて、化学蒸着は、エピタキシャル層を正確にドーピングするための優れた技術を提供する。結果として、適切な純度、結晶構造、およびドーピングは、典型的には、半導体素子の良好な動作のために所望されるか、または必要である。
しかしながら、エピタキシャル層を加工するために使用される化学蒸着（ＣＶＤ）および関連技術は、概して、昇華または融液成長（時として、バルク成長と称される）等の他の結晶成長技術よりも時間がかかる。その結果、意図される構造がエピタキシャル層以外である場合、多くの場合、これらのより高速な（比較的に）方法を使用して、適切な結晶を生成する。
したがって、バルク成長基板とエピタキシャル層とを組み合わせることによって、結晶構造、組成純度、ドーピング、および効率的加工の合理的に組み合わせによって、全体構造が生成され得る。
それでもなお、いくつかの結晶成長関連の理由により、ＩＩＩ族窒化物のバルク（すなわち、合理的に大型の）単一結晶は、実用的な目的に対しては、利用することが不可能である。故に、ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤは、典型的には、他のバルク基板材料、最も一般的には、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）および炭化ケイ素（ＳｉＣ）上に形成される。サファイアは、相対的に、安価で、広く利用可能であって、かつ高透過性である。代替的に、サファイアは、低熱導体であって、したがって、ある高出力用途に対しては、あまり好適ではない。加えて、いくつかの素子では、電気伝導性基板が好ましく、サファイアは、伝導性ではなく、絶縁性である。また、サファイアは、約１６％の（例えば）窒化ガリウムとの格子不整合を伴う。
炭化ケイ素は、サファイアよりも優れた熱伝導性と、ＩＩＩ族窒化物との良好な格子整合とを有している。すなわち、窒化ガリウムとは約３．５％、窒化アルミニウムとは約１％だけの不整合である。炭化ケイ素は、伝導的にドープ可能であるが、また、サファイアよりも非常に高価である。
したがって、所望される用途に応じて、サファイアおよび炭化ケイ素の両方が、発光ダイオード内のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層のための適切な基板を提供し得る。
ほぼあらゆる場合において、エピタキシャル層材料と異なる基板材料の使用は、異なる熱膨張係数（ＴＣＥ）および異なる結晶格子定数のため、付加的な一連の問題を生じさせる。その結果、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層が異なる基板上で成長させられる場合、いくつかの結晶不整合が生じ、結果として生じるエピタキシャル層は、これらの不整合による引張または圧縮のいずれかにおいて「歪んでいる」といわれる。そのような不整合と、それによって生成されるひずみは、結晶欠陥の潜在性を有し、結果として、結晶および接合部の光電子工学特徴に影響を及ぼし、したがって、相応して、光素子の性能を劣化または妨害さえする傾向にある。
発光ダイオード内における複数の層の異なる材料（基板、エピ層、金属接触）の存在は付加的な問題を提起する。特に、活性部分から放出される光は、典型的には、ダイオードから出射する前に、１つ以上のそのような層を横断するか、または層全体を通過しなければならない。加えて、ダイオードがランプとしてパッケージ化される場合、ダイオードから離散する光は、レンズ材料内へと入射し、そこを通って出射しなけれなければならない。これらの状況のそれぞれにおいて、スネルの法則は、１つの材料から次の材料へと通過するのに伴って、光子を屈折せる。光子の屈折量は、２つの材料の間の屈折率の差異と、光が界面に当接する入射角とに依存する。加えて、ほぼあらゆる状況において、光子の一部（わずかな比率であっても）は、常に、２つの材料の間の界面で屈折されるであろう。これは、フレネル反射またはフレネル損失と称される。
Ｓｚｅ、ＰＨＹＳＩＣＳ ＯＦ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥＳ、２ｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ（１９８１） Ｓｃｈｕｂｅｒｔ、ＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ（２００３）
ダイオードまたはダイオードランプでは、一部の反射光は、依然として、いくつかの他の場所において、ダイオードから漏出するが、ある一定の割合は完全に内部反射され、ダイオードまたはランプから決して漏出せず、したがって、ダイオードおよびダイオードを含む任意のランプの外部量子効率を機能的に低減させるであろう。漏出光子の個々の減少の割合は、相対的に小さいように考えられる場合もあるが、その累積的作用は大きくなり得、非常に類似するダイオードが、これらのわずかでしかない比率の損失から生じる明確に異なる性能効率を有する可能性がある。
従って、白色発光ダイオードの外部効率を増加させることは、依然として継続する目標である。
一側面では、本発明は、成長基板と、成長基板の第１の表面上の実質的に透過性のオーム接触とを含む、発光ダイオードである。ＩＩＩ族窒化物発光活性領域は、成長基板の第２の表面にあり、ｐ型ＩＩＩ族窒化物接触層は、活性領域内で発生する光を伝送する活性領域上にあり、実質的に透過性のオーム接触は、ｐ型接触層上にある。
別の側面では、本発明は、成長基板と、成長基板上のそれぞれのｐ型およびｎ型のエピタキシャル層とを含み、エピタキシャル層は、成長基板の屈折率以下の屈折率を有する発光ダイオードである。透過性オーム接触は、成長基板と反対側にあるエピタキシャル層上にある。
さらに別の側面では、本発明は、伝導性成長基板と、成長基板上の少なくともｎ型およびｐ型のエピタキシャル層から形成される発光活性構造（エピタキシャル層は、伝導性成長基板の屈折率以下の屈折率を有する）と、エピタキシャル層活性構造との透過性オーム接触と、伝導性成長基板との透過性オーム接触とを含む、発光ダイオードである。
さらに別の側面では、本発明は、伝導性実装基板と、実装基板上の金属接着層と、接着層上のエピタキシャル発光活性構造（発光活性構造は、少なくとも１つのｎ型およびｐ型エピタキシャル層を含む）と、活性構造上の成長基板材料の部分と、成長基板との透過性オーム接触と、実装基板とのオーム接触とを備える、発光ダイオードである。
本発明の上述および他の目的、ならびに利点と、本発明が達成される方法は、添付の図面と併せて、以下の詳細な説明に基づいて明白となるであろう。
図１−４は本発明による、ダイオードの断面概略図である。 図１−４は本発明による、ダイオードの断面概略図である。 図１−４は本発明による、ダイオードの断面概略図である。 図１−４は本発明による、ダイオードの断面概略図である。 図５は、本発明による、発光ダイオードランプの断面図である。 図６は、本発明による、ランプを組み込むディスプレイの部分分解図である。
図１は、本発明による、概して１０で表されるダイオードの第１の実施形態の概略断面図である。ダイオード１０は、典型的には、炭化ケイ素またはサファイアのいずれかから成る群から選択される成長基板１１を含む。それぞれｎ型１２およびｐ型１３のエピタキシャル層は、成長基板１１上にある。例示的実施形態では、エピタキシャル層１２および１３は、成長基板１１の屈折率以下の屈折率を有する。ダイオード１０は、成長基板１１の反対側にあるｐ型エピタキシャル層１３上の透過性オーム接触１４を含む。
ダイオード１０は、成長基板１１に隣接するｎ型エピ層１２とは別のオーム接触１５をさらに備える。例示的実施形態では、ｎ型層１２とのオーム接触１５もまた、透過性である。
透過性オーム接触は、最も一般的には、インジウム酸化スズから形成されるが、他の透過性オーム材料として、酸化ニッケル、酸化亜鉛、カドミウム酸化スズ、ニッケルチタンタングステン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化マグネシウム、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＳｎＯ２／Ｓｂ、Ｇａ２Ｏ３／Ｓｎ、ＡｇＩｎＯ２／Ｓｎ、Ｉｎ２Ｏ３／Ｚｎ、ＣｕＡｌＯ２、ＬａＣｕＯＳ、ＣｕＧａＯ２、およびＳｒＣｕ２Ｏ２が挙げられ得る。
例示的実施形態では、エピタキシャル層１２および１３は、ＩＩＩ族窒化物材料系から選択される。特に、発光層は、最も典型的には、窒化ガリウム（ＧａＮ）またはインジウム窒化ガリウム（ＩｎｘＧａｌ−ｘＮ）から形成される。インジウム窒化ガリウムは、化合物中のインジウムの原子分率に基づいて、層の放出周波数を制御するという利点をもたらす。しかしながら、これは、インジウムの原子分率の増加に伴う、インジウム窒化ガリウムの不安定性の増加によって相殺される。ＩＩＩ族窒化物材料系の特徴およびＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の成長は、概して、本技術分野において周知であって、本明細書では、別途、詳細に議論されることはないであろう。
図１に示されるように、透過性オーム接触１４は、実質的に全部のｐ型エピタキシャル層１３を被覆する。結果として、他の金属が、ダイオードを回路または他の素子に接続するために好ましい場合があるため、ダイオード１０は、典型的には、接着パッド１６と、任意的に、成長基板１１に対向する反射表面を有する反射層１７とを含む。また、接着パッド１６は、一部の光を吸収するであろう。したがって、エピタキシャル層１３および１２内へ光を反射して戻すことは、光を外部抽出するよりも効率的ではないが、接着パッド１６によって光子を吸収させるよりも効率的である。
ｎ型層１２とのオーム接触１５は、透過性であり得、同様に、接着パッド２０を含む。本明細書で使用されるように、用語「透過性」とは、ダイオード１０によって発生する周波数の入射光のうちの少なくとも約７０％、好ましくは、そのような光のうちの９０−１００％を伝送するオーム接触を指す。オーム接触１５が透過性である場合、接着パッド２０の下部は、好ましくは、反射性である。代替的に、オーム接触１５が、反射性であることも可能である。
図１は、点線２１を含み、基板１１が光抽出を向上させるように成形されることが可能であることを示す。そのような成形は、特許出願第１１／３３８，９１８号に詳述されている。基板の成形は、種々の幾何学形状の選択肢を含み得るが、点線２１によって示されるような、真っ直ぐに傾斜した側壁が、多くの状況において適切である。
図１に示される実施形態では、オーム接触１４および１５は両方とも、ダイオード１０と同一の側に作製される。しかしながら、対応する利点として、基板１１がＳｉＣである場合、低伝導性の特徴が、その低ドーピングおよび不純度レベルからもたらされ、結果として、ほとんどの場合、別の側面では等しいが、伝導的にドープされるＳｉＣ基板よりも優れた透過性を提供するであろう。代替的に、基板がサファイアである場合、その比較的高い電気抵抗性および透過性は、有意な光抽出の利点をもたらす。
また、図１は、円２３から切り出され、概して２２と表される拡大裁断図を含み、透過性オーム接触１４および隣接するエピタキシャル層１３上の水晶体表面２４を示す。言い換えると、例示的実施形態では、透過性オーム接触１４および隣接するエピタキシャル層（図１の１３）は、水晶体表面を形成し、光抽出を向上させる。
例示的な（しかし、限定ではない）技術および結果として生じる水晶体表面は、米国特許出願公開第２００６００６０８７４号の「Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｇｒｏｕｐ ＩＩＩ Ｎｉｔｒｉｄｅ ＬＥＤ ｗｉｔｈ Ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ Ｓｕｒｆａｃｅ」、同第２００７００３７３０７号の「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆｏｒｍｉｎｇ ３Ｄ Ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｎ ＬＥＤ Ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ」、および同第２００６０１８６４１８号の「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ Ｂａｓｅｄ Ｕｐｏｎ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｆａｃｅｔｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ」に記載されている。本明細書においてそれぞれ示されるように、そのような水晶体表面は、エンボス技術によって生成されるか、または化学的に成長され得る。そのような水晶体表面は、時として、「粗面」または「加工」表面と称される。
図２および３は、本発明の付加的実施形態を示す。図２は、概して２６と表されるダイオードを示す。ダイオードは、基板２７の第１の表面上の実質的に透過性のオーム接触３０を有する炭化ケイ素基板２７を含む。ＩＩＩ族窒化物発光活性領域３１は、基板２７の第２の表面上にある。活性領域３１は、潜在的に、概して３２と表される裁断図に示されるように、４つ以上の層を含む。これらは、基板２７からの結晶および電子遷移を提供するための任意の（しかし、典型的な）緩衝層３３と、緩衝層３３上のｎ型エピタキシャル層３４と、ｎ型層３４上のｐ型エピタキシャル層３５と、任意に、活性領域を形成する、エピタキシャル層３４および３５上のｐ型ＩＩＩ族窒化物接触層３６とを含む。
実質的に透過性のオーム接触３７は、ｐ型接触層３６上にある。透過性オーム接触層３０および３７は、典型的には、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）から形成されるが、図１に関して参照した他の組成を含むことも可能である。
成長基板２７は、典型的には、炭化ケイ素から形成される。サファイア（Ａｌ２Ｏ３）は、高透過性を得ることは幾分容易であるが、伝導的にドープすることは不可能である。代替的に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、ＩＩＩ族窒化物材料系と整合されたより密接した格子を提供し、所望に応じて、伝導的にドープすることが可能である（結果として、炭化ケイ素を使用して利用可能な設計選択肢の数を増大させる）。
図２は、オーム接触３７を被覆する任意の光伝送窒化ケイ素組成不動態化層４０と、ｐ型層３６との接着パッド４１とをさらに含む、ダイオード２６を示す。窒化ケイ素不動態化層４０は、化学量論的（すなわち、Ｓｉ３Ｎ４）または非化学量論的であり得るが、好ましくは、ＩＩＩ族窒化物層の構造および性能に悪影響を及ぼし得る水素の存在を低減または排除するために、スパッタリング蒸着される。
図２は、４２と表される第２の拡大裁断図を含み、その間の水晶体表面を画定し得る基板２７およびオーム接触３０を示す。
図２および３に示される実施形態では、基板２７は、伝導性である。これによって、素子は、垂直配向（すなわち、素子の軸方向両側におけるオーム接触）に形成され、ある最終用途ならびに標準的パッケージングおよび回路実装における利点を有する。しかしながら、上述のように、基板２７を伝導性にするために必要とされるドーピングは、その透過性を低減させ得る。
故に、当業者は、任意の１つ以上の所与の用途における全体的利点に基づいて、適切な基板および結果として生じるダイオード構造を選択するであろう。
図３は、図２と本質的に同一である、本発明によるダイオード４４の断面概略図であるが、基板２７との付加的金属接触４５を示す。本実施形態では、接触４５は、オーム接触３７または３０の残部よりも透過性が低い場合があり、したがって、概して所望の電気特徴を提供する一方で、被覆する領域を最小にするために十分な小型のサイズに維持される。透過性オーム接触３０は、図２と類似方法で、基板２７の表面の残部を被覆する。
図２および３は両方とも、図３の側壁４６によって示されるように成形可能な基板２７を示す。図１の実施形態におけるように、形状は、米国特許出願公開第２００６０１３１５９９号に記載のものを含む、種々の幾何学形状をとり得る。
図４は、本発明による、概して５０と表される別のダイオードである。本実施形態では、ダイオード５０は、伝導性の実装基板５１を含む。本明細書で使用されるように、用語「実装基板」（あるいは、「サブ実装基板」または「担体基板」）とは、活性構造内のエピタキシャル層が元々成長させられたもの以外の基板を指す。実装基板、伝導体、またはその他の用途は、米国特許出願公開第２００８０００３７７７号の「Ｎｉｃｋｅｌ−Ｔｉｎ Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗａｆｅｒｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ」、および同第２００８００７３６６５号の「Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｇｏｌｄ−Ｔｉｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ Ｍｅｌｔｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｗａｆｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ」に記載されている。これらは、請求される本発明の限定ではなく、例示であることを理解されたい。
基本的に、成長基板ダイオードでは、成長基板は、エピタキシャル層を支持し、ダイオードの構造部分のままである。ある場合では（例えば、第２００６０１３１５９９号）、エピ層は、ダイオードの主要発光表面を形成する成長基板を伴うリードフレームに実装される。これらは、概して「フリップチップ」配向と称される。
しかしながら、いくつかの理由から、成長基板が、部分的または全体的に除去され、担体基板（成長基板と同一材料であることも可能である）と置換される場合、いくつかの構造は利点をもたらす。例えば、いくつかの構造的利点に加え、炭化ケイ素上にＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を成長させ、次いで、炭化ケイ素基板を除去することは、除去された炭化ケイ素基板（ウエハとして使用され、ウエハとして除去可能である）は再利用可能であるため、結果として生じるダイオードの全体的費用を低減し得る。したがって、炭化ケイ素は、サファイアまたは他の基板材料よりも比較的に高価であるが、このように、再利用することによって加工の費用を抑える一方で、ＩＩＩ族窒化物エピ層に対して、ＳｉＣの成長利点を提供する。
ダイオード５０は、１つ以上の金属接着層を含み、そのうちの２つが、図４の５２および５３に示される。接着層５２および５３は、担体基板５１をブラケット５４によって示されるエピタキシャル発光活性構造に結合する。活性構造５４は、少なくとも１つのｎ型層５５と、１つのｐ型層５６とを含む。それでもなお、量子井戸またはヘテロ構造等の付加的層も同様に存在可能であることを理解されたい。元々の成長基板材料５７（例えば、炭化ケイ素）の部分は、活性構造５４上に残留する。透過性オーム接触６０は、成長基板部分５７上にあって、オーム接触６１は、実装基板５１上にある。
いくつかの実施形態では、実装基板とのオーム接触６１は、透過性であり得る。上述のように、そのような透過性接触は、活性部分５４によって放出される光のうちの少なくとも約７０％、ある場合には、９０％を超え、ある場合には、活性部分５４によって放出される周波数のうちの１００％を伝送するであろう。
例示的実施形態では、金属接着層５３または５２のうちの少なくとも１つは、反射性であって、付加的反射層が、任意的に、示される層５２および５３とともに存在することも可能である。
裁断図６２によって示されるように、上述の実施形態と類似の方法で、成長基板部分５７およびオーム接触６０は、水晶体表面６２を画定し得る。他の実施形態におけるように、水晶体表面６２は、いくつかの既知の技術で形成可能であって、概して、ダイオード５０からの光の外部抽出を向上させる役割を果たす。
多くの実施形態では、炭化ケイ素は、最も典型的には、活性部分５４と、エピタキシャル層５５および５６とのために使用されるＩＩＩ族窒化物層のエピタキシャル成長に有利な基板材料であるため、残留成長基板部分５７は炭化ケイ素である。上述のように、炭化ケイ素は、ＩＩＩ族窒化物材料系に優れた熱および格子整合を提供する。
図４が示すように、ダイオード５０は、金属接着層５３および５２上のｐ型エピタキシャル層５６と、ｐ型層５６上のｎ型エピタキシャル層５５とを伴うフリップチップ配向を有する。
ダイオード５０は、接着パッド６４を含み、回路または他の素子のための適切な接続を提供することが可能である。また、接着パッドは、活性部分５４を形成するエピタキシャル層に対向する少なくとも１つの反射層６５を含むことが可能である。上述のように、活性層内へ光を反射して戻すことは、いくつかの不利点（これらの層は、その光子の放出に直接関連する理由から、光子を吸収するため）を有するが、接着パッド６４もまた、放出光子を吸収し、したがって、別の方向に光子を反射させることが好ましく、光抽出を増加させるであろう。
透過性オーム接触は、典型的には、インジウム酸化スズまたは他の実施形態に関して上述の他の組成のうちの１つから形成される。
示される実施形態のそれぞれにおいて、オーム接触は、複数の層の伝導性酸化物から形成され、光子がダイオードから出射するときにフレネル損失を最小にする、段階的な屈折率部分を形成することが可能である。代替的に、ＩＴＯ内のインジウムの原子分率によって、同一目的のために、接触全体を通して段階的であることが可能である。
図５は、本発明による、発光ダイオードランプ７０の概略図である。ランプ７０は、図１−４に関して説明される実施形態１０、２６、４４、または５０のうちのいずれかを含み得る、本発明による発光ダイオードを含む。
ダイオード１０（または、他の実施形態）は、ワイヤ７２を介してダイオード１０との電気接触を形成する、ヘッダ７１上に配置される。また、ヘッダ７１は、ランプ７０のための電極としても作用する。第２のワイヤ７３は、第２の電極７４との電気接触を提供する。用語「ヘッダ」は、広い意味で使用されて、ランプと関連して、ＬＥＤのための適切な電気機械的支持体をいう。
封止材７５は、ＬＥＤ１０と、ヘッダ７１および電極７４の一部とを被覆する。封止材７５は、ランプ７０のためのレンズを提供し、また、ダイオード１０に対して環境的保護を提供する。実装基板（例えば、図４の５１）の屈折率は、封止材７５の屈折率と慎重に整合されて、基板５１と封止材７５との間のフレネル損失を最小にすることが可能である。
上述のように、ある実施形態では、封止材は、陰影部分７６によって示される蛍光体を含有し、典型的には、ダイオード１０によって放出される光をダウンコンバートする。最も典型的には、ＩＩＩ族窒化物材料系は、スペクトルの青色部分内で放出するため、蛍光体７６は青色周波数に応答し、主として（排他的ではないが）可視スペクトルの黄色−赤色部分内で放出する。ダイオード１０からの青色光と、蛍光体７６からの黄色光との組み合わせは、白色光の外部放出を生成する。セリウムでドープされたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）は、本目的のための例示的な蛍光体である。
図６は、本発明によるランプを示し、１０として概略的に示されるが、本明細書に記載の実施形態のいずれかであり得、概して８０と表されるディスプレイ内に組み込むことが可能である。種々のディスプレイの性質および動作は、概して周知であって、典型的には、ダイオードランプ１０と、光分配器８１とを含み、両方とも、その主平面に光を拡散し、また、光の一部をその主平面に垂直に再誘導することを指摘する以外、本明細書では詳述されない。
多くの状況では、ディスプレイはまた、矩形８２によって概略的に表される一式の液晶と、単一矩形８３によって概略的に表される好適な一式の１つ以上のカラーフィルタとを含むであろう。他の要素もディスプレイ内に含めることが可能であるが、明確にするために、ここでは省略される。液晶は、概して、カラーフィルタ８３と組み合わせて、ディスプレイ８０がカラー画像を生成するように、信号が印加されると、「オン」または「オフ」配向で動作する。
図面および明細書において、本発明の好ましい実施形態が記載され、特定の用語が採用されたが、それらは、限定の目的のためではなく、一般的かつ説明的な意味で使用され、本発明の範囲は請求項において規定される。

Claims (42)

  1. 成長基板と、
    該成長基板の第１の表面上の実質的に透過性のオーム接触と、
    該成長基板の第２の表面上のＩＩＩ族窒化物発光活性領域と、
    該活性領域内で発生させられる光を伝送する該活性領域上のｐ型ＩＩＩ族窒化物接触層と、
    該ｐ型接触層上の実質的に透過性のオーム接触と
    を備える、発光ダイオード。
  2. 前記オーム接触と反対側の前記成長基板の前記第２の表面上の緩衝構造と、
    該緩衝構造上の前記ＩＩＩ族窒化物発光活性領域と
    をさらに備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
  3. 前記透過性オーム接触のうちの少なくとも１つは、インジウム酸化スズ、酸化ニッケル、酸化亜鉛、カドミウム酸化スズ、ニッケルチタンタングステン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化マグネシウム、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＳｎＯ２／Ｓｂ、Ｇａ２Ｏ３／Ｓｎ、ＡｇＩｎＯ２／Ｓｎ、Ｉｎ２Ｏ３／Ｚｎ、ＣｕＡｌＯ２、ＬａＣｕＯＳ、ＣｕＧａＯ２、およびＳｒＣｕ２Ｏ２から成る群から選択される、請求項１に記載の発光ダイオード。
  4. 前記成長基板は、伝導性炭化ケイ素を備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
  5. 化学量論的および非化学量論的窒化ケイ素から成る群から選択される、前記ｐ型層との前記オーム接触上の光伝送窒化ケイ素組成不動態化層をさらに備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
  6. スパッタリング蒸着された窒化ケイ素層を備える、請求項５に記載の発光ダイオード。
  7. 前記基板と、該基板との前記オーム接触とは、その間に水晶体表面を画定する、請求項５に記載の発光ダイオード。
  8. ヘッダと、
    該ヘッダ上の請求項１に記載の発光ダイオードと、
    該ヘッダ上の該発光ダイオード上の封止材と
    を備える、ＬＥＤランプ。
  9. 前記発光ダイオードによって放出される周波数をダウンコンバートする、前記封止材内の蛍光体をさらに備える、請求項８に記載のＬＥＤランプ。
  10. 請求項８に記載の少なくとも１つのＬＥＤランプと、
    液晶と、
    光分配器と、
    カラーフィルタと
    を備える、ディスプレイ。
  11. 請求項１に記載の発光ダイオードであって、前記実質的に透過性のオーム接触は、光子が該ダイオードを出射するときにフレネル損失を最小にする段階的な屈折率を形成する複数の層の伝導性酸化物を備える、発光ダイオード。
  12. 前記実質的に透過性のオーム接触は、該接触全体を通してインジウムの原子分率において段階的であることにより、該接触を横断して段階的な屈折率を形成するインジウム酸化スズを備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
  13. 成長基板と、
    該成長基板上のそれぞれのｐ型およびｎ型エピタキシャル層であって、該成長基板の屈折率以下の屈折率を有する、エピタキシャル層と、
    該成長基板と反対側の該エピタキシャル層上の透過性オーム接触と
    を備える、発光ダイオード。
  14. 前記成長基板に隣接する前記エピ層との透過性オーム接触をさらに備える、請求項１３に記載の発光ダイオード。
  15. 前記透過性オーム接触は、インジウム酸化スズ、酸化ニッケル、酸化亜鉛、カドミウム酸化スズ、ニッケルチタンタングステン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化マグネシウム、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＳｎＯ２／Ｓｂ、Ｇａ２Ｏ３／Ｓｎ、ＡｇＩｎＯ２／Ｓｎ、Ｉｎ２Ｏ３／Ｚｎ、ＣｕＡｌＯ２、ＬａＣｕＯＳ、ＣｕＧａＯ２、およびＳｒＣｕ２Ｏ２から成る群から選択される、請求項１３に記載の発光ダイオード。
  16. 前記成長基板は、炭化ケイ素である、請求項１３に記載の発光ダイオード。
  17. 前記エピタキシャル層は、前記ＩＩＩ族窒化物材料系から選択され、
    前記それぞれのｎ型層は前記成長基板上にあり、前記それぞれのｐ型層は該ｎ型層上にあって、
    前記透過性オーム接触は、前記ＩＩＩ族窒化物のｐ型層にある、
    請求項１６に記載の発光ダイオード。
  18. 前記透過性オーム接触は、実質的に全部の前記ｐ型エピタキシャル層を被覆し、
    前記ダイオードは、該透過性オーム接触との接着パッドをさらに備える、
    請求項１７に記載の発光ダイオード。
  19. 前記接着パッドは、前記成長基板に対向する少なくとも１つの反射表面を有する少なくとも１つの層を含む、請求項１８に記載の発光ダイオード。
  20. 前記ｎ型エピタキシャル層との反射オーム接触を備える、請求項１８に記載の発光ダイオード。
  21. 前記ｎ型エピタキシャル層との接着パッドを備える、請求項２０に記載の発光ダイオード。
  22. 前記基板は、光抽出を向上させるように成形される、請求項１３に記載の発光ダイオード。
  23. 前記透過性オーム接触および前記エピタキシャル層の上に水晶体表面をさらに備える、請求項１３に記載の発光ダイオード。
  24. ヘッダと、
    該ヘッダ上の請求項１８に記載の発光ダイオードと、
    該ヘッダ上の該発光ダイオード上の封止材と
    を備える、ＬＥＤランプ。
  25. 前記発光ダイオードによって放出される周波数をダウンコンバートする、前記封止材内の蛍光体をさらに備える、請求項２４に記載のＬＥＤランプ。
  26. 請求項２４に記載の少なくとも１つのＬＥＤランプと、
    液晶と、
    光分配器と、
    カラーフィルタと
    を備える、ディスプレイ。
  27. 請求項１３に記載の発光ダイオードであって、前記実質的に透過性のオーム接触は、光子が該ダイオードを出射するときにフレネル損失を最小にする段階的な屈折率を形成する複数の層の伝導性酸化物を備える、発光ダイオード。
  28. 前記実質的に透過性のオーム接触は、該接触全体を通してインジウムの原子分率において段階的であることにより、該接触を横断して段階的な屈折率を形成するインジウム酸化スズを備える、請求項１３に記載の発光ダイオード。
  29. 伝導性実装基板と、
    該実装基板上の金属接着層と、
    該接着層上のエピタキシャル発光活性構造であって、少なくとも１つのｎ型およびｐ型のエピタキシャル層を含む、発光活性構造と、
    該活性構造上の成長基板材料の部分と、
    該成長基板との透過性オーム接触と、
    該実装基板とのオーム接触と
    を備える、発光ダイオード。
  30. 前記実装基板との前記オーム接触は、透過性である、請求項２９に記載の発光ダイオード。
  31. 前記接着層は、少なくとも１つの反射層を含む、請求項２９に記載の発光ダイオード。
  32. 前記成長基板部分と、該成長基板部分との前記透過性オーム接触とは、水晶体表面を画定する、請求項２９に記載の発光ダイオード。
  33. 前記成長基板は、炭化ケイ素を備える、請求項２９に記載の発光ダイオード。
  34. 前記活性構造エピタキシャル層は、ＩＩＩ族窒化物材料系から選択される、請求項２９に記載の発光ダイオード。
  35. 前記ｐ型エピタキシャル層は、前記接着層上にあり、前記ｎ型エピタキシャル層は、該ｐ型エピタキシャル層上にある、請求項２９に記載の発光ダイオード。
  36. 前記成長基板部分上の前記透過性オーム接触との接着パッドをさらに備える、請求項２９に記載の発光ダイオード。
  37. 前記接着パッドは、前記成長基板に対向する少なくとも１つの反射層を含む、請求項３６に記載の発光ダイオード。
  38. ヘッダと、
    該ヘッダ上の請求項２９に記載の発光ダイオードと、
    該ヘッダ上の該発光ダイオード上の封止材と
    を備える、ＬＥＤランプ。
  39. 前記発光ダイオードによって放出される周波数をダウンコンバートする、前記封止材内の蛍光体をさらに備える、請求項３８に記載のＬＥＤランプ。
  40. 請求項３８に記載の少なくとも１つのＬＥＤランプと、
    液晶と、
    光分配器と、
    カラーフィルタと
    を備える、ディスプレイ。
  41. 前記実質的に透過性のオーム接触は、光子が前記ダイオードを出射するときにフレネル損失を最小にする段階的な屈折率を形成する複数の層の伝導性酸化物を備える、請求項２９に記載の発光ダイオード。
  42. 前記実質的に透過性オーム接触は、該接触全体を通してインジウムの原子分率において段階的であることにより、該接触を横断して段階的な屈折率を形成するインジウム酸化スズを備える、請求項２９に記載の発光ダイオード。
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