JP2010534943A - Ｐ型表面を有する発光ダイオード - Google Patents

Ｐ型表面を有する発光ダイオード Download PDF

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啓州 浅水
真 斉藤
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Abstract

（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎベースの発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、ｐ型表面における光の抽出を増加させるために透明サブマウント材料に接着されるＬＥＤのｐ型表面を含み、ＬＥＤは基板を有しない薄膜である発光ダイオード（ＬＥＤ）。少なくとも１つのｐ型層と少なくとも１つのｎ型層との間に位置する活性層で構成される発光ダイオード（ＬＥＤ）構造と、該ｐ型層近傍の、該ＬＥＤ構造の第１の表面に、該第１の表面での光の抽出を増加させるために接着される透明サブマウント材料であって、該透明サブマウント材料は該ＬＥＤ構造によって放射される光に対して透明であり、該ＬＥＤ構造の内部で発生する光の反射を減少させる、透明サブマウント材料とを備える発光デバイス。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、同時係属かつ譲受人共通のＫｅｎｊｉ Ｉｓｏ、Ｈｉｒｏｋｕｎｉ Ａｓａｍｉｚｕ、Ｍａｋｏｔｏ Ｓａｉｔｏ、Ｈｉｔｏｓｈｉ Ｓａｔｏ、Ｓｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａによる米国仮特許出願第６０／９５２，０４４号（２００７年７月２６日出願、名称「ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＷＩＴＨ Ａ Ｐ−ＴＹＰＥ ＳＵＲＦＡＣＥ ＢＯＮＤＥＤ ＴＯ Ａ ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ ＳＵＢＭＯＵＮＴ ＴＯ ＩＮＣＲＥＡＳＥ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ」、代理人整理番号３０７９４．２３９−ＵＳ−Ｐ１（２００７−６７０））に基づく米国特許法第１１９条（ｅ）項の利益を主張し、この出願は、その全体が本明細書に参考として援用される。
本願は、下記の同時係属かつ譲受人共通の出願に関連している。
Ｔｅｔｓｕｏ Ｆｕｊｉｉ、Ｙａｎ Ｇａｏ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、およびＳｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａによる米国実用特許出願第１０／５８１，９４０号（２００６年６月７日出願、名称「ＨＩＧＨＬＹ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＶＩＡ ＳＵＲＦＡＣＥ ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ」、代理人整理番号３０７９４．１０８−ＵＳ−ＷＯ（２００４−０６３））、当該出願は、Ｔｅｔｓｕｏ Ｆｕｊｉｉ、Ｙａｎ Ｇａｏ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、およびＳｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａによる国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３９２１１号（２００３年１２月９日出願、名称「ＨＩＧＨＬＹ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＶＩＡ ＳＵＲＦＡＣＥ ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ」、代理人整理番号３０７９４．１０８−ＷＯ−０１（２００４−０６３））に基づく米国特許法第３６５条の利益を主張し、両出願は本明細書の参考として援用される。
（１．発明の分野）
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）からの光の抽出に関し、より具体的には、ＬＥＤデバイス層構造およびそれの製造方法に関する。
（２．関連技術の説明）
（注：本願は、括弧、例えば[ｘ]内の１つまたはそれよりも多くの参照番号によって明細書を通して示される、複数の様々な発行物を参照する。これらの参照番号に従って配列されるこれらの様々な発行物のリストは、以下の「参考文献」というタイトルの節に見出され得る。これらの発行物の各々は、本明細書に参考として援用される。）
ガリウム窒化物（ＧａＮ）、ならびに、アルミニウムおよびインジウムが組み込まれた三成分および四成分の化合物（ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＩｎＧａＮ）は、最近１０年にわたって、ワイドバンドギャップの半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）の製作においてうまく確立されてきた。これらの化合物はＩＩＩ族窒化物、またはＩＩＩ−窒化物、または単に窒化物として、または学名（Ａｌ，Ｂ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎによって本明細書に参照される。これらの化合物から作られるデバイスは、一般に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、金属・有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、および水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）を含む成長技術を用いてエピタキシャルに成長させられる。
ＩＩＩ−窒化物ベースのＬＥＤ開発の進歩は、フルカラーＬＥＤディスプレイ、ＬＥＤ交通信号、白色ＬＥＤなどの実現を伴ってＬＥＤ技術に多大の変化をもたらしてきた。最近、高効率の白色ＬＥＤが、蛍光灯に対する可能な置き換えとして多くの関心を集めてきた。それでもなお、効率におけるさらなる改善が望まれている。
ＬＥＤの効率を改善するために２つの原理的なアプローチがある。第１のアプローチは、結晶の質およびエピタキシー層の構造によって決定される内部量子効率を増加させることを含み、一方で、第２のアプローチは光の抽出効率を増加させることを含む。ｃ面ＩＩＩ−窒化物青色ＬＥＤに対する一般的な内部量子効率の値は７０％より多い[１（非特許文献１）]。低転位のＧａＮ基板上に成長させられた紫外線（ＵＶ）ＬＥＤは最近、約８０％の内部量子効率を示した[２（非特許文献２）]。ｃ面ＩＩＩ−窒化物ＬＥＤの場合には、これらの値の改善余地はほとんどない。
他方、光の抽出効率の改善には多くの余地がある。光の内部ロスを除去することに関しては複数の問題が取り組まれ得ており、これらは高反射のミラー、粗面化された表面のような低反射の表面、高い熱分散構造などを含む。
ＬＥＤ構造はいかに多くの光が放射されるかに影響する。ＬＥＤの前側からの光出力を増加させるために、伝統的なＬＥＤには一般に基板の裏側に配置されたミラー、またはリードフレーム上に塗布されたミラーが装備されている。しかしながらこの反射された光は、放射された光の光子エネルギーが、ＡｌＩｎＧａＮのマルチ量子井戸（ＭＱＷ）のように、発光材料のバンドギャップエネルギーとほぼ同じであるので、ＬＥＤの活性領域で再吸収される。放射された光の活性領域による再吸収によって、ＬＥＤの正味の出力または効率は減少させられる[３（非特許文献３）、４（非特許文献４）]。
Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌ．（ａ）１７８，３３１（２０００）． Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７９，７１１（２００１）． Ｊ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３４，Ｌ７９７−９９（１９９５）． Ｊ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４３，Ｌ１８０−１８２（２００４）．
そのため、ＬＥＤの出力効率を高く達成するために、光の再吸収が最小化されるデバイス構造が望まれる。本発明はこのニーズを満たす。
（本発明の概要）
本発明は、ＩＩＩ−窒化物の発光ダイオード（ＬＥＤ）のデバイス構造を説明しており、それにおいては光が、模様のある光学要素に入り、続いて空気中に抽出される前に、ＬＥＤの２つの表面から抽出され得る。特に、本発明は、ＬＥＤチップのｐ型側の表面における光の反射を除去することにより、ＬＥＤ活性領域における光の再吸収を最小化する。
放射された光の内部吸収の最小化をアシストし、ｐ型層の側面から光を抽出するために、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、スズ酸化物（ＳｎＯ２）、またはチタニウム酸化物（ＴｉＯ２）のような（しかし限定はされない）、透明な導電性材料がｐ型半導体層に対するオーミック電極として用いられる。加えて、ＬＥＤは、ガラス、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、サファイア、または有機ポリマーのような（しかし限定はされない）透明な基板材料に接着された裏返しチップであり得る。
内部の光の反射を抑止し、ｎ型層の側面からの光を散乱させるために、ｎ型ＧａＮ表面が化学的エッチングによって粗面化される。ＬＥＤ構造が、バルクのＧａＮ以外の基板材料上で成長させられる場合は、ｎ型ＧａＮ表面はレーザーリフトオフ（ＬＬＯ）技術または表面のウェットエッチングによって調整される必要がある。あるいは、ＬＥＤ構造はｃ面バルクＧａＮウェハ上に成長させられ得る。
本発明は、少なくとも１つのｐ型層と少なくとも１つのｎ型層との間に位置する活性層で構成される発光ダイオード（ＬＥＤ）構造と、ｐ型層近傍の、ＬＥＤ構造の第１の表面に、第１の表面での光の抽出を増加させるために接着された透明サブマウント材料であって、透明サブマウント材料がＬＥＤ構造によって放射された光に対して透明で、ＬＥＤ構造の内部で発生する光の反射を減少させる透明サブマウント材料とを備える発光デバイスを開示する。
第１の表面はｐ型表面であり得る。第１の表面はｐ型層上のｐ型電極のｐ型表面であり得、ｐ型電極はＬＥＤ構造によって放射された光に対して透明であり得る。透明サブマウント材料は透明接着剤層を用いてＬＥＤ構造の前記第１の表面に接着されてい得る。
透明サブマウント材料は導電性であり得る。透明サブマウント材料はｐ型層に対するオーミック電極であり得る。透明サブマウント材料は電気的に絶縁してい得る。
ＬＥＤ構造の内部で発生する光の反射は全反射であり得、透明サブマウント材料はＬＥＤ構造の第１の表面における全反射を減少させる屈折率を有し得、それにより、ＬＥＤ構造の第１の表面を通過し、透明サブマウント材料の中への光の抽出を増加させ得る。
ｎ型層近傍の、ＬＥＤ構造の第２の表面は、ＬＥＤ構造の第２の表面からの光の抽出を高めるためにテクスチャー化されてい得る。第２の表面はＮ面を有し得る。ＬＥＤ構造の第２の表面は、ＬＥＤ構造がその上に成長させられる基板の除去の後に露出され得る。ＬＥＤ構造は基板を有しない薄膜であり得る。
本発明は、少なくとも１つのｐ型層と少なくとも１つのｎ型層との間に位置する活性層で構成される発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を生成する方法と、透明サブマウント材料を、ｐ型層近傍の、ＬＥＤ構造の第１の表面に、第１の表面での光の抽出を増加させるために接着する方法であって、透明サブマウント材料がＬＥＤ構造によって放射された光に対して透明で、ＬＥＤ構造の内部で発生する光の反射を減少させる、透明サブマウント材料を接着する方法とを含む、発光デバイスの製作方法をさらに開示する。
本発明は、少なくとも１つのｐ型層と少なくとも１つのｎ型層との間に位置する活性層で構成される発光ダイオード（ＬＥＤ）構造から光を放射する方法と、ｐ型層近傍の、ＬＥＤ構造の第１の表面に接着された透明サブマウント材料を通してＬＥＤ構造から光を抽出する方法であって、透明サブマウント材料がＬＥＤ構造によって放射された光に対して透明で、ＬＥＤ構造の内部で発生する光の反射を減少させる、光を抽出する方法とを含む、発光デバイスからの光抽出を増加させるための方法をさらに開示する。
今、参照番号が対応する部分をすっかり表現するように図を参照すると、
図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）、および図１（ｄ）は透明なＬＥＤの概略図である。 図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）、および図１（ｄ）は透明なＬＥＤの概略図である。 図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）、および図１（ｄ）は透明なＬＥＤの概略図である。 図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）、および図１（ｄ）は透明なＬＥＤの概略図である。 図２は本発明の好ましい実施形態に用いられる処理ステップを示すフローチャートである。 図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）、図３（ｅ）、および図３（ｆ）は、ｎ型ＧａＮ表面の粗面化を有し、透明なｐ型電極を介して透明な基板に接着されたＬＥＤを製作するステップを、さらに示す概略図であり、ＬＥＤ構造が金属のｐ型パッド、ｐ型電極、ＧａＮベースのＬＥＤ薄膜、サファイア基板、透明接着剤、透明サブマウント、およびｎ型電極を含む。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、十字形状のｎ型電極を有するＧａＮのＮ面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像であり、ＬＥＤがガラスのサブマウントに接着されており、図４（ｂ）は、化学的にエッチングされたＮ面ＧａＮ表面が複数の六辺形形状の錐体を含むことを示す。図４（ａ）は２００μｍのスケールバーを有し、図４（ｂ）は１０μｍのスケールバーを有する。 図５は、本発明の透明なＬＥＤからのエレクトロルミネセンス（ＥＬ）スペクトルを示し、ＥＬがＥＬの波長の関数としてプロットされている。 図６は室温における、上向きのＥＬ出力対ＤＣ注入電流（Ｌ−Ｉ）特性の図であり、２０ｍＡにおける出力が１７．７ｍＷであった。
（本発明の詳細な説明）
好ましい実施形態についての以下の説明において、この一部を形成する添付の図に参照がなされ、その中で本発明が実施され得る特定の実施形態が図解によって示される。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用され得、構造変化がなされ得ることが理解される。
（概観）
本発明は、透明電極を有するＧａＮベースのＬＥＤのｐ型接合層に透明な基板材料を接着することにより抽出効率を増加させる手段を提供する。この構造は、ＬＥＤ内部で繰り返し発生する光の反射を減少させ、従ってＬＥＤからより多くの光を抽出する。
（技術説明）
（ＬＥＤ構造）
図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）、および図１（ｄ）は透明なＬＥＤの概略図である。図１（ａ）におけるＬＥＤは、ｎ型電極３０、ｎ型層３２、活性領域３４、ｐ型層３６、部分的な金属パッド４０を有するｐ型透明電極３８、および電流阻止層４２を備え、ｐ型電極３８が透明接着剤層４４を介して、絶縁している透明なサブマウント４６に接着されている。
図１（ｂ）におけるＬＥＤは、ｎ型電極３０、ｎ型層３２、活性領域３４、ｐ型層３６、部分的な金属パッド４０を有するｐ型透明電極３８、および電流阻止層４２を備え、ｐ型電極３８が絶縁している透明なサブマウント４６に直接に接着されている。
図１（ｃ）におけるＬＥＤは、ｎ型電極３０、ｎ型層３２、活性領域３４、ｐ型層３６、ｐ型透明電極３８、および電流阻止層４２を備え、ｐ型電極３８が導電性で透明な接着剤層４８を介して、部分的な金属パッド５２を有する導電性で透明なサブマウント５０に接着されている。
図１（ｄ）におけるＬＥＤは、ｎ型電極３０、ｎ型層３２、活性領域３４、ｐ型層３６、ｐ型透明電極３８、および電流阻止層４２を備え、ｐ型電極３８が導電性で透明なサブマウント５０に直接に接着されている。
各々の実施例において、ｎ型層３２、活性領域３４、およびｐ型層３６は（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ合金から成る。化学エッチング方法がｎ型層３２の表面５４ｂを５４ａに粗面化するために用いられ得る。５４ａに粗面化することに先立って、ｎ型ＧａＮ表面５４ｂがレーザー−リフトオフ（ＬＬＯ）技術によって露出される必要があり、または代替的にＬＥＤ構造はバルクのＧａＮウエハ（示されていない）上に成長させられ得る。活性領域３４から粗面化されたｎ型ＧａＮの表面５４ａに向かって放出される光５６は、光５６を活性領域３４に反射し返すことのない表面５４ａによって散乱５８される。ｐ型電極３８は、活性領域３４によって透明なサブマウント４６、５０に向かって放出される光６２の光吸収を減少させかつ光抽出６０を増加させ、それにより光６２の反射６４を減少させるために、高度な透明性の特性を有することが望まれる。
（処理ステップ）
図２は本発明の好ましい実施形態に用いられる処理ステップを示すフローチャートである。
ブロック６６は、金属・有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）によってサファイア基板のＣ面上にＧａ面エピタキシー層を成長させ、それにより、ＬＥＤ構造のようなサンプルを生成するステップを示す。
ブロック６８は、ＭＯＣＶＤの後に、ｐ型活性のためにサンプルをアニールするステップを示す。
ブロック７０は、高度に透明なｐ型ＧａＮ接合を生成するためのサンプル上でのｐ型オーミック接合の製作工程のような、ｐ型メタライゼーションのステップを示す。
ブロック７２は、サンプル上に厚い金属パッド層を堆積させる、例えばＡｕを堆積させるステップを示す。
ブロック７４は、サンプルを裏返しそれを透明なサブマウント（図１（ａ）から図１（ｄ）の４６、５０）に接着するステップを示す。サブマウント４６、５０は対応する光の波長に対する光学的な透明性を要求する。導電性材料および絶縁する材料の両方がこのサブマウントに用いられる。導電性のサブマウント５０に対して、一部の実施例はインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、スズ酸化物（ＳｎＯ２）、チタニウム酸化物（ＴｉＯ２）、および導電性ポリマーを備えるが、これらに限定されない。絶縁するサブマウント４６に対して、一部の実施例はシリコン酸化物、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ＭＳ樹脂（メチルメタクリレート）−（スチレン）共重合体、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂（アクリルニトリル）−（ブタジエン）−（スチレン）共重合体、ポリスチレン、エポキシ樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ナイロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、およびポリブチレンテレフタレートを備えるが、これらに限定されない。サンプルは、サブマウントを溶融する／溶解することによって、またはポリマーのような透明な接着剤を用いることによってサブマウント４６、５０に接着される。
ブロック７６は、フッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザー光（２４８ｎｍ）を用いて、サファイア基板の裏側を通してサンプルのサファイア基板に放射して、結果としてＧａＮ／サファイア基板の界面においてＧａＮの局部的な分解となることによって、ＬＬＯ工程を実行するステップを示す。特に、サンプル上にＫｒＦエキシマレーザースポットをラスター走査することにより、ＧａＮベースのＬＥＤ薄膜が透明なサブマウントに変化させられる。
ブロック７８は、サンプル上にＫｒＦレーザーをラスター走査した後に、サンプルからサファイア基板を剥離するステップを示す。
ブロック８０は、塩酸（ＨＣＬ）溶液を用いて、分離したサンプルのＧａＮ表面のいかなる残余のＧａ小滴をも除去するステップを示す。
ブロック８２は、上部の表面が粗面化されるように、水酸化カリウム（ＫＯＨ）の電解質溶液にサンプルを浸漬することによる化学エッチングのステップを示す。この表面を粗面化するステップは必ずしも要求されるものではない。しかしながら粗面化された表面はＬＥＤ内部で繰り返し発生する光の反射を減少させ、従ってＬＥＤからより多くの光を抽出する。
ブロック８４は、ドライエッチング方法を用いてサンプルの透明基板上の各デバイスを分離するステップを示す。
ブロック８６は、ｎ型接合としての電極、または露出されたサンプルのＮ面ＧａＮ上の電極を堆積するステップを示す。
ブロック８８は、ダイシングまたはクリービングの方法を用いてサンプルをダイに分離するステップを示す。
ブロック９０は、ワイヤボンディングによるパッケージングおよび樹脂を使ったシーリングによるダイの封止のステップを示す。
図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）、図３（ｅ）、および図３（ｆ）は、ｎ型ＧａＮ表面９８の粗面化９６を有し、透明なｐ型電極９４を介して透明な基板９２に接着されたＬＥＤを製作するステップを、さらに示し、ＬＥＤ構造が金属のｐ型パッド１００、ｐ型電極９４、ＧａＮベースのＬＥＤ薄膜１０２、サファイア基板１０４、透明接着剤１０６、透明サブマウント９２、およびｎ型電極１０８を備える。
特に、図３（ａ）はＬＥＤ１０２上の金属のｐ型パッド電極１００および透明なｐ型電極９４のデポジションの後の結果を示し、図３（ｂ）はＬＥＤ１０２が透明な接着剤１０６を介して透明な基板９２の上に接着された後の結果を示す。図３（ｃ）はＬＬＯによるサファイア基板１０４除去の後の結果を示し、図３（ｄ）はＧａＮ表面９８の粗面化９６の後の結果を示し、図３（ｅ）はデバイス分離の後の結果を示し、図３（ｆ）はｎ型電極１０８のデポジションの後の結果を示す。
（可能な修正と変形）
ＧａＮデバイスは本明細書を通して参照されるが、当業者は他のＩＩＩ族窒化物デバイス、すなわち（Ａｌ，Ｂ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎデバイスが同様に提供され得ることを認めるであろう。さらに、本発明はＩＩＩ−窒化物デバイスに限定されず、ＧａＰ、ＧａＡｓ、または有機ベースのＬＥＤのような他のＬＥＤとともにも同様に用いられ得る。
今は、ＩＩＩ−窒化物デバイスはＳｉＣおよびＳｉ基板上で成長されもし得る。ＩＩＩ窒化物ベースのＬＥＤがＳｉＣおよびＳｉ基板上で成長される場合には、伝統的なドライエッチングまたはウェットエッチングがＬＬＯ工程に代わって基板を除去し得る。バルクのＩＩＩ窒化物基板を利用することによりＬＬＯ工程は削除され得る。
（実験結果）
本発明で実行される実験において、Ｇａ面エピタキシー層はＭＯＣＶＤによってｃ面サファイア基板上に成長させられた。その構造は４μｍ厚さのＳｉドープされたＧａＮ層、６周期のＧａＮ／ＩｎＧａＮマルチ量子井戸（ＭＱＷ）、１５ｎｍ厚さのドープされていないＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層、および０．２μｍ厚さのＭｇドープされたＧａＮを含んでいた。ＬＥＤ構造の結晶成長の後にサンプルはｐ型活性化のためにアニールされ、次にｐ型メタライゼーション工程が実行された。１５０ｎｍ厚さの円形のＳｉＯ２電流阻止層がｅ−ビームエバポレーターを用いて堆積された。インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）電極はＩｎ２Ｏ３−１０ｗｔ％のＳｎＯ２ターゲットを用いて堆積され、次にフィルムの透明性を増加させ、シート抵抗を減少させ、Ｍｇドープされたｐ型ＧａＮ層に対する接合抵抗を減少させるために焼結させられた。それから、ストライプのＮｉ／Ａｕボンディングパッドの配列が伝統的なデポジションおよびリフトオフ技術によって製作された。ウェハは裏返され、エポキシ樹脂を用いることによってガラスのサブマウントに接着され、十分に乾燥させられた。レーザー光が透明なサファイア基板を通され、ＧａＮエピタキシー層とサファイアとの間の界面にて吸収され、次にＧａＮの分解を引き起こすレーザーリフトオフ（ＬＬＯ）工程のために、ＫｒＦレーザー（２４８ｎｍの波長で放出される）が用いられた。サンプル上にＫｒＦレーザーをラスター走査した後に、サファイア基板がＬＥＤエピ層から剥離された。ＧａＮ上の残余のＧａ小滴が濃縮されたＨＣＬ溶液により除去された。ＧａＮ表面の粗面化を達成するために、熱せられた濃縮ＫＯＨ溶液の中でサンプルがエッチングされた。次に、各デバイスをその隣から分離し、同時にＬＥＤのエピ層の下にＮｉ／Ａｕパッド層を露出するために、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が実行された。それから、ｎ型接合金属（Ｔｉ／Ａｌ／Ａｕ、すなわちＡｌがＴｉとＡｕとの間にはさまれ、Ｔｉは１０ｎｍの厚さを有し、Ａｌは５０ｎｍの厚さを有し、Ａｕは３００ｎｍの厚さを有する）が粗面化されたｎ型ＧａＮ表面に堆積された。サンプルをダイシングまたはクリービングの方法を用いてダイに分離した後に、金−ワイヤボンディングが実行された。最後に、シリコーン樹脂がランプおよびリードフレームアセンブリーを形成するために塗布され、そのアセンブリーはシリコーン樹脂を硬化させるためにオーブン内に置かれた。
図４（ａ）および図４（ｂ）は、十字形状のｎ型電極１０８を有するＧａＮ９８のＮ面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像であり、ＬＥＤがガラスのサブマウント９２に接着されている。図４（ｂ）は、化学的にエッチングされたＮ面ＧａＮ表面が複数の六辺形形状の錐体１１０を含むことを示す。
透明なＬＥＤからのエレクトロルミネセンス（ＥＬ）スペクトルが図５に示されている。測定は室温にて１２Ａ／ｃｍ２ＤＣの順方向電流密度で実行された。図５に縦モードは全く観察されなかった。これは透明サブマウントおよび複数の六辺形形状の錐体が、垂直方向のＧａＮ空洞における共鳴を抑制することを意味する。
図６は室温における、上向きのＥＬ出力対ＤＣ注入電流（Ｌ−Ｉ）特性の図である。２０ｍＡにおける出力は１７．７ｍＷであった。
（要約）
要約すると、抽出効率を増加させる目的で、透明サブマウントおよび複数の六辺形形状の錐体がＧａＮベースのＬＥＤの表面または反対側に適用される。これはＬＥＤのｐ型ＧａＮ側およびｎ型ＧａＮ側からの光抽出を光の再吸収なく可能にし、それにより、光の抽出効率を増加させる。本明細書に説明された技術が簡単で、複雑な処理を要求しないことが認められる。
例えば、図１（ａ）から図１（ｄ）および図３（ａ）から図３（ｆ）は、少なくとも１つのｐ型層３６と少なくとも１つのｎ型層３２との間に位置する活性層３４（光５６、６２を放射するための）で構成される発光ダイオード（ＬＥＤ）構造１０２、およびＬＥＤ構造１０２の第１の表面（または側面）（例えば１１２ａ、１１２ｂ、または１１２ｃ）のｐ型層３６近くに、第１の表面（または側面）（１１２ａ、１１２ｂ、または１１２ｃ）での光抽出６０を増加させるために接着され、透明サブマウント材料（例えば４６、５０、または９２）がＬＥＤ構造１０２によって放射される光５６、６２に対して透明で、ＬＥＤ構造１０２内部で発生する光６２の反射６４を減少させる透明サブマウント材料（４６、５０、または９２）を備えている、発光デバイスを示す。
ｐ型層３６、活性層３４、およびｎ型層３２は例えば、ＩＩＩ−窒化物の化合物を含み得る。
第１の表面１１２ａは、透明サブマウント材料４６または５０を接合またはインターフェイスし得るｐ型表面であり得る。第１の表面１１２ａは、ｐ型層３６近傍の特定の表面に限定されない。例えば、第１の表面１１２ａはｐ型層３６のｐ型表面１１２ｂであり得る。例えば、第１の表面１１２ａはｐ型層３６上のｐ型電極３８のｐ型表面１１２ｃであり得、ｐ型電極３８はＬＥＤ構造１０２によって放射される光５６、６２に対して透明であり得る。
透明サブマウント材料５０または４６は、透明接着剤層４８を用いてＬＥＤ構造１０２の第１の表面１１２ｃに接着され得る。ｐ型電極３８は、透明サブマウント材料５０または４６と界面を形成し得る。
透明サブマウント材料５０は導電性であり得る。透明サブマウント材料５０はｐ型層３６に対するオーミック電極であり得、そのため、透明サブマウント材料はｐ型層３６および／またはｐ型電極３８に電気的に接続されてい得る。
透明サブマウント材料４６は電気的に絶縁してい得る。ＬＥＤ構造１０２内部で発生する光６２の反射６４は、全反射であり得、透明サブマウント材料４６は、ＬＥＤ構造１０２の第１の表面（１１２ａ、１１２ｂ、または１１２ｃ）における全反射を減少させる屈折率を有し得、それにより、ＬＥＤを出るために、ＬＥＤ構造１０２の第１の表面（１１２ａ、１１２ｂ、または１１２ｃ）を通過し、透明サブマウント（４６または５０）の中への光６２の抽出６０を増加させる。
ｎ型層３２近傍の、ＬＥＤ構造１０２の第２の表面（または側面）９８は、ＬＥＤ構造１０２の第２の表面（または側面）９８から活性層３４によって放射される光５６の抽出を（粗面化なしと比較して）高めるためにテクスチャー化され（例えば、粗面化され）得る。例えば、第２の表面９８はテクスチャー化９６されたｎ型表面５４ａであり得る。第２の表面９８はＮ面であり得る。第２の表面９８のＮ面はレーザーリフトオフ（ＬＬＯ）技術によって調整され得る。
ＬＥＤ構造１０２は、一般に第２の表面９８が、ＬＥＤ構造１０２がその上に成長させられる基板１０４（基板１０４は、例えばＩＩＩ−窒化物の成長に適する任意の基板であり得る）の除去の後に／除去によって露出されるＬＥＤ構造１０２の第２の表面９８であるが、基板を有しない、例えば任意の適切な技術によって調整されるＬＥＤ薄膜またはフィルムであり得る。基板１０４がＧａＮ基板である場合には、第２の表面（または側面）９８は基板１０４の表面１１４であり得、基板１０４は薄くされ得る。このように、第２の表面（例えば９８、１１４、または５４ｂ）はｎ型層３２近傍の特定の表面に限定されず、表面９８は例えば、ｎ型層３２の表面５４ｂ、ＬＥＤ構造１０２の表面９８、基板１０４の表面１１４であり得る。
図３（ａ）から図３（ｆ）は、ＬＥＤ構造１０２の第１の表面１１２ａを透明サブマウント９２に取り付ける（例えば接着する）かまたは光学的に結合することを含む、ＩＩＩ−窒化物ベース（例えば、ＧａＮベース）のＬＥＤを製作する方法を示す。
ＬＥＤ構造１０２は任意の方向に、例えば基板１０４上のＧａ面方向に、ＬＥＤのｎ型層がＮ面を有し、第２の側面９８がＮ面であり、第１の側面１１２ａがＧａ面であるように、成長させられ得る。
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（結論）
ここで本発明の好ましい実施形態の説明を結論づける。本発明の１つまたはそれよりも多くの実施形態に関する前述の説明は、例示および説明の目的で提示されてきた。網羅的であること、または開示されたまさにその形態に本発明を限定することは意図されていない。多くの修正および変形が上記の教示にかんがみて可能である。本発明の範囲がこの詳細な説明によって限定されるものではなく、本明細書に添付される特許請求の範囲によって限定されることが意図されている。

Claims (14)

  1. 少なくとも１つのｐ型層と少なくとも１つのｎ型層との間に位置する活性層で構成される発光ダイオード（ＬＥＤ）構造と、
    該ｐ型層近傍の、該ＬＥＤ構造の第１の表面に、該第１の表面での光の抽出を増加させるために接着される透明サブマウント材料であって、該透明サブマウント材料は該ＬＥＤ構造によって放射される光に対して透明であり、該ＬＥＤ構造の内部で発生する光の反射を減少させる、透明サブマウント材料と
    を備える発光デバイス。
  2. 前記第１の表面はｐ型表面である、請求項１に記載の発光デバイス。
  3. 前記第１の表面は前記ｐ型層の上のｐ型電極のｐ型表面であり、該ｐ型電極が前記ＬＥＤ構造によって放射される前記光に対して透明である、請求項１に記載の発光デバイス。
  4. 前記透明サブマウント材料は透明接着剤層を用いて前記ＬＥＤ構造の前記第１の表面に接着される、請求項１に記載の発光デバイス。
  5. 前記透明サブマウント材料は導電性である、請求項１に記載の発光デバイス。
  6. 前記透明サブマウント材料は前記ｐ型層に対するオーミック電極である、請求項５に記載の発光デバイス。
  7. 前記透明サブマウント材料は電気的に絶縁している、請求項１に記載の発光デバイス。
  8. 前記ＬＥＤ構造の内部で発生する前記光の反射が全反射であり、前記透明サブマウント材料は該ＬＥＤ構造の前記第１の表面における該全反射を減少させる屈折率を有し、それにより、該ＬＥＤ構造の該第１の表面を通過し、該透明サブマウント材料の中への該光の抽出を増加させる、請求項１に記載の発光デバイス。
  9. 前記ｎ型層近傍の、前記ＬＥＤ構造の第２の表面は、該ＬＥＤ構造の該第２の表面からの光の抽出を高めるためにテクスチャー化されている、請求項１に記載の発光デバイス。
  10. 前記第２の表面はＮ面を有する、請求項９に記載の発光デバイス。
  11. 前記ＬＥＤ構造の前記第２の表面は、該ＬＥＤ構造がその上に成長させられる基板の除去の後に露出される、請求項１に記載の発光デバイス。
  12. 前記ＬＥＤ構造は基板を有しない薄膜である、請求項１に記載の発光デバイス。
  13. 少なくとも１つのｐ型層と少なくとも１つのｎ型層との間に位置する活性層で構成される発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を生成することと、
    透明サブマウント材料を、該ｐ型層近傍の、該ＬＥＤ構造の第１の表面に、該第１の表面での光の抽出を増加させるために接着することであって、該透明サブマウント材料は該ＬＥＤ構造によって放射される光に対して透明で、該ＬＥＤ構造の内部で発生する光の反射を減少させる、ことと
    を含む、発光デバイスの製作方法。
  14. 少なくとも１つのｐ型層と少なくとも１つのｎ型層との間に位置する活性層で構成される発光ダイオード（ＬＥＤ）構造から光を放射することと、
    該ｐ型層近傍の、該ＬＥＤ構造の第１の表面に接着される透明サブマウント材料を通して該ＬＥＤ構造から該光を抽出することであって、該透明サブマウント材料は該ＬＥＤ構造によって放射される光に対して透明であり、該ＬＥＤ構造の内部で発生する光の反射を減少させる、ことと
    を含む、発光デバイスからの光抽出を増加させるための方法。
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