JP2011511462A

JP2011511462A - ウエハの軸外カットによる窒化物発光ダイオードの偏光の向上

Info

Publication number: JP2011511462A
Application number: JP2010545250A
Authority: JP
Inventors: 久志増井; 永山田; 憲司磯; 朝子平井; 真斉藤; ジェームスエス．スペック，; シュウジナカムラ，; スティーブンピー．デンバーズ，
Original assignee: University of California
Current assignee: University of California
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2011-04-07
Also published as: US8278128B2; KR20100107054A; US20100052008A1; WO2009097611A1

Abstract

本発明は、無極性ＬＥＤから高偏光比を得るための技術を提供する。軸外カットを有するｍ平面ＧａＮウエハ上に成長されるＬＥＤは、高偏光比を伴う発光特徴を保有する傾向にある。ウエハの軸外カット（「オフカット」として知られる）は、極性（−ｃ）方位に面して行なわれる。極性（−ｃ）方位に面した無極性ＩＩＩ族窒化物ウエハの軸外カットは、そのような軸外カットを伴わないウエハより高い発光偏光比をもたらす。軸外カットの５°角度は、０°乃至２７°の軸外カットのいずれの他の検証された角度の中でも最高偏光比（０．９）を提供することが認められている。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下、２００８年２月１日に出願された、ＨｉｓａｓｈｉＭａｓｕｉ、ＨｉｓａｓｈｉＹａｍａｄａ、ＫｅｎｊｉＩｓｏ、ＡｓａｋｏＨｉｒａｉ、ＭａｋｏｔｏＳａｉｔｏ、ＪａｍｅｓＳ．Ｓｐｅｃｋ、ＳｈｕｊｉＮａｋａｍｕｒａ、ＳｔｅｖｅｎＰ．Ｄｅｎｂａａｒｓらによる、「ＥＮＨＡＮＣＥＭＥＮＴＯＦＯＰＴＩＣＡＬＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮＯＦＮＩＴＲＩＤＥＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧＤＩＯＤＥＳＢＹＷＡＦＥＲＯＦＦ−ＡＸＩＳＣＵＴ」というタイトルの、同時係属中で同一譲受人の米国仮特許出願第６１／０２５，６００号、代理人整理番号３０７９４．２６０−ＵＳ−Ｐ１（２００８−３６１−１）の利益を主張し、その出願は本明細書に参考として援用される。

本出願は以下の同時係属中で同一譲受人の米国特許出願に関連する：
２００８年６月１６日に出願された、ＡｓａｋｏＨｉｒａｉ、ＺｈｏｎｇｙｕａｎＪｉａ、ＭａｋｏｔｏＳａｉｔｏ、ＨｉｓａｓｈｉＹａｍａｄａ、ＫｅｎｊｉＩｓｏ、ＳｔｅｖｅｎＰ．ＤｅｎＢａａｒｓ、ＳｈｕｊｉＮａｋａｍｕｒａ、ＪａｍｅｓＳ．Ｓｐｅｃｋらによる、「ＰＬＡＮＡＲＮＯＮＰＯＬＡＲＭ−ＰＬＡＮＥＧＲＯＵＰＥＩＩＩＮＩＴＲＩＤＥＦＩＬＭＳＧＲＯＷＮＯＮＭＩＳＣＵＴＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ」というタイトルの、米国実用特許出願第１２／１４０，０９６号、代理人整理番号３０７９４．２３８−ＵＳ−Ｕ１（２００７−６７４−２）で、この出願は、２００７年６月１５日に出願された、ＡｓａｋｏＨｉｒａｉ、ＺｈｏｎｇｙｕａｎＪｉａ、ＭａｋｏｔｏＳａｉｔｏ、ＨｉｓａｓｈｉＹａｍａｄａ、ＫｅｎｊｉＩｓｏ、ＳｔｅｖｅｎＰ．ＤｅｎＢａａｒｓ、ＳｈｕｊｉＮａｋａｍｕｒａ、ＪａｍｅｓＳ．Ｓｐｅｃｋらによる、「ＰＬＡＮＡＲＮＯＮＰＯＬＡＲＭ−ＰＬＡＮＥＧＲＯＵＰＥＩＩＩＮＩＴＲＩＤＥＦＩＬＭＳＧＲＯＷＮＯＮＭＩＳＣＵＴＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ」というタイトルの、米国仮特許出願第６０／９４４，２０６号、代理人整理番号３０７９４．２３８−ＵＳ−Ｐ１（２００７−６７４−１）の利益を主張する；
２００８年８月８日に出願された、ＫｅｎｊｉＩｓｏ、ＨｉｓａｓｈｉＹａｍａｄａ、ＭａｋｏｔｏＳａｉｔｏ、ＡｓａｋｏＨｉｒａｉ、ＳｔｅｖｅｎＰ．ＤｅｎＢａａｒｓ、ＪａｍｅｓＳ．Ｓｐｅｃｋ、ＳｈｕｊｉＮａｋａｍｕｒａらによる、「ＰＬＡＮＡＲＮＯＮＰＯＬＡＲＭ−ＰＬＡＮＥＧＲＯＵＰＥＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥＦＩＬＭＳＧＲＯＷＮＯＮＭＩＳＣＵＴＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ」というタイトルの、米国実用特許出願第１２／１８９，０２６号、代理人整理番号３０７９４．２４９−ＵＳ−Ｕ１（２００８−００４−２）で、この出願は、２００７年８月８日に出願された、ＫｅｎｊｉＩｓｏ、ＨｉｓａｓｈｉＹａｍａｄａ、ＭａｋｏｔｏＳａｉｔｏ、ＡｓａｋｏＨｉｒａｉ、ＳｔｅｖｅｎＰ．ＤｅｎＢａａｒｓ、ＪａｍｅｓＳ．Ｓｐｅｃｋ、ＳｈｕｊｉＮａｋａｍｕｒａらによる、「ＰＬＡＮＡＲＮＯＮＰＯＬＡＲＭ−ＰＬＡＮＥＧＲＯＵＰＥＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥＦＩＬＭＳＧＲＯＷＮＯＮＭＩＳＣＵＴＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ」というタイトルの、米国仮特許出願第６０／９５４，７４４号、代理人整理番号３０７９４．２４９−ＵＳ−Ｐ１（２００８−００４−１）、および２００７年８月８日に出願された、ＨｉｓａｓｈｉＹａｍａｄａ、ＫｅｎｊｉＩｓｏ、ＭａｋｏｔｏＳａｉｔｏ、ＡｓａｋｏＨｉｒａｉ、ＳｔｅｖｅｎＰ．ＤｅｎＢａａｒｓ、ＪａｍｅｓＳ．Ｓｐｅｃｋ、ＳｈｕｊｉＮａｋａｍｕｒａらによる、「ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥＦＩＬＭＳＧＲＯＷＮＯＮＭＩＳＣＵＴＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ」というタイトルの、米国仮特許出願第６０／９５４，７６７号、代理人整理番号３０７９４．２４８−ＵＳ−Ｐ１（２００８−０６２−１）の利益を主張する；
本出願と同日に出願された、ＨｉｓａｓｈｉＭａｓｕｉ、ＨｉｓａｓｈｉＹａｍａｄａ、ＫｅｎｊｉＩｓｏ、ＪａｍｅｓＳ．Ｓｐｅｃｋ、ＳｈｕｊｉＮａｋａｍｕｒａ、ＳｔｅｖｅｎＰ．ＤｅｎＢａａｒｓらによる、「ＥＮＨＡＮＣＥＭＥＮＴＯＦＯＰＴＩＣＡＬＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮＯＦＮＩＴＲＩＤＥＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧＤＩＯＤＥＳＢＹＩＮＣＲＥＡＳＥＤＩＮＤＩＵＭＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ」というタイトルの、米国実用特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、代理人整理番号３０７９４．２５９−ＵＳ−Ｕ１（２００８−３２３−１）で、この出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下、２００８年２月１日に出願された、ＨｉｓａｓｈｉＭａｓｕｉ、ＨｉｓａｓｈｉＹａｍａｄａ、ＫｅｎｊｉＩｓｏ、ＪａｍｅｓＳ．Ｓｐｅｃｋ、ＳｈｕｊｉＮａｋａｍｕｒａ、ＳｔｅｖｅｎＰ．ＤｅｎＢａａｒｓらによる、「ＥＮＨＡＮＣＥＭＥＮＴＯＦＯＰＴＩＣＡＬＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮＯＦＮＩＴＲＩＤＥＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧＤＩＯＤＥＳＢＹＩＮＣＲＥＡＳＥＤＩＮＤＩＵＭＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ」というタイトルの、同時係属中で同一譲受人の米国仮特許出願第６１／０２５，５９２号、代理人整理番号３０７９４．２５９−ＵＳ−Ｐ１（２００８−３２３−２）の利益を主張し、その出願は本明細書に参考として援用される。

（１．本発明の分野）
本発明は、発光ダイオードに関し、より具体的には、ウエハの軸外カットによる窒化物発光ダイオードの偏光の向上に関する。

（本発明の背景）
（２．関連技術の説明）
（注記：本願は、括弧内の１つ以上の参照番号（例えば、参考文献［ｘ］）によって、本明細書を通して指示されるように、いくつかの異なる刊行物を参照する。このような参照番号に従って順序付けられたこれらの異なる刊行物の一覧は、以下の「参考文献」の項に列挙される。これらの刊行物はそれぞれ、本明細書に参考として援用される。）
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、多くの用途の中でもとりわけ、表示ランプ、局所照明器、および光送信機として、過去３０年にわって使用されている。過去１０年においては、青色および緑色ＬＥＤ系高輝度アルミニウム−インジウム−窒化ガリウム［（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ］が開発され、一般照明およびフルカラーディスプレイ用途に出現し始めている。

ＬＥＤ加工の観点において、従来のＬＥＤは、非干渉性かつ非偏光発光のため、ダイがパッケージに取り付けられる際、ＬＥＤパッケージの特定のダイ方位を画定することは、必須ではない。一般的ＬＥＤ加工では、ダイ方位は、ＬＥＤウエハがダイスカットされる際にのみ重要であって、これは、ウエハ上へのＬＥＤフォトリソグラフィパターニングが、結晶方向に沿って、パターンを配向することによって行なわれる理由である。本配向プロセスは、ダイ分割を信頼性のあるものにし、より高い生産収率をもたらす。

絶縁基板（例えば、サファイア）上に調製されるＡｌＩｎＧａＮＬＥＤの場合、２つの電気接点がＬＥＤダイの片側に生成され、パッケージに対するダイ方位は、正および負の金属接点の位置の観点から重要である。信頼性のあるダイ分割および電気接点のためのこのような配向は、必ずしもＬＥＤ加工のみにおいてではなく、いずれの半導体素子にとっても、一般的慣行である。しかしながら、ＬＥＤダイ配向は、発光特性の観点から、加工に考慮されてはいない。

内部電気分極は、光電子工学において使用される半導体の中でも、ＡｌＩｎＧａＮ系の特異的特性であって、本特性は、該材料系の六方晶構造に由来する。図１は、その標示付け規約とともに、結晶主軸ａ１１０２、ａ２１０４、ａ３１０６、ｃ軸１０８、および一般的な着目結晶平面（ｒ平面１１０、ａ平面１１２、ｍ平面１１４、およびｃ平面１１６）を伴う、一般的六方晶構造１００を図式的に示す。

電気分極は、ｃ軸に沿った反転対称の欠如によって、六方晶構造中に生成される。例えば、ＧａＮの場合、図２は、ＧａＮ結晶２００中の原子の配列を例示し、白丸２０２は、ガリウム（Ｇａ）原子を表し、黒丸２０４は、窒素（Ｎ）原子を表す。図２に示されるＧａＮのｃ軸２０６に沿って、Ｇａ原子２０２（陽イオン、正の電荷を帯びている）およびＮ原子２０４（陰イオン、負の電荷を帯びている）が交互に位置付けられ、全体として、電気的中性が維持される。また、図２には、ａ軸２０８も示される。

しかしながら、反転対称の欠如のため、原子が、ｃ軸に沿って、互いに対してその理想的位置から変位されると、本ｃ軸に沿って、内部電場が存在する。ＡｌＩｎＧａＮ系内の原子は、通常、その理想的位置を維持しないため、本分極場は、ほぼ常に、ｃ軸に沿って存在する。このような理由から、ｃ平面は、極性平面と呼ばれる。分極場は、これらの特定の軸に沿った反転対称によって、ａ軸またはｍ軸のいずれに沿っても存在しない。このような理由から、ａ平面およびｍ平面は、無極性平面と呼ばれる。これらの無極性平面に対して、偏極ベクトル（分極場の方向および強度を表す）は、正味偏極ベクトルがｃ軸に平行であるため、平面に平行である。

ＡｌＩｎＧａＮ材料は、従来、ｃ方向（すなわち、ｃ軸に沿った方向）、したがって、ｃ平面上に成長される。ｃ平面上に成長されるＬＥＤは、極僅かな偏光を示す。本ｃ平面上では、分極場は、面内成分を有さず、ＬＥＤの量子井戸（ＱＷ）構造中のｃ平面内の等方性機械応力は、ＱＷ内のキャリア再結合の性質を変化させない。

近年、ａおよびｍ平面上にＡｌＩｎＧａＮＬＥＤを調製することが可能となっている。これらのＬＥＤは、直線偏光発光を呈する。分極場は、平面内の特定の方向（ｃ方向）にあって、ＱＷ内の応力は、基板とＱＷとの間の異なる格子不整合度によって、ａまたはｍ平面内の２つの垂直方向に等方性である。発明者らは、これらの無極性ＬＥＤからの発光は、ｃ軸に垂直方向の直線偏光であることを認めている。直線偏光は、波動伝搬に対して垂直の一平面内においてのみ、その電場を有する電磁波である。非偏光は、波動伝搬に対して垂直の平面方向に、その電場を均等に分布させる。偏光の主要用途は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のための背面照明であって、ＬＥＤは、従来の冷陰極蛍光灯と比較して、そのコンパクト性およびエネルギー効率により有益である。

また、半極性平面上に調製されるＡｌＩｎＧａＮＬＥＤも、偏光を放出することが認められている。ｃ軸に平行な偏極ベクトルの射影は、無極性平面場合と同様に、半極性平面上にある。

偏光発光は、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎの無極性および半極性方位に調製されるＬＥＤから、実験的に認められている。あらゆる従来のＬＥＤは、非偏光を放出するが、偏光発光は、ＬＣＤのための背面照明等のある用途において有用であると考えられる。

偏光発光の利点を享受するため、高偏光比が好ましい。したがって、ＬＥＤにおいて、高偏光比を得るための技術改良の必要性が、当技術分野に存在する。

（本発明の概要）
本発明は、無極性ＬＥＤから高偏光比を得るための技術を提供する。軸外カットを有するｍ平面ＧａＮウエハ上に成長されるＬＥＤは、高偏光比を伴う発光特徴を保有する傾向にある。ウエハの軸外カット（「オフカット」として知られる）は、極性（−ｃ）方位に面して行なわれる。オフカットの５°角度は、０°乃至２７°のいずれの他の検証されたオフカット角度と比較しても、より高い偏光比（０．９）を提供することが認められている。

上述の従来技術の制限を克服し、本明細書を熟読および理解することによって明白となるであろう他の制限を克服するために、本発明は、極性（−ｃまたは＋ｃ）方位に面して無極性ＩＩＩ族窒化物の軸外カットを行なうステップと、軸外カット無極性ＩＩＩ族窒化物上にＬＥＤを成長させるステップとを含む、ＬＥＤからの発光の偏光比を増加させるための方法を開示する。

発光は、軸外カットを伴わないものより高い偏光比を有する。例えば、軸外カットは、０°乃至２７°の軸外カット角度を有してもよく、方位は、［０００−１］であってもよい。軸外カット角度は、約５°であって、０°乃至２７°の他の軸外カット角度より高い偏光比を提供してもよい。

いくつかの実施形態では、４５０ｎｍの発光波長における５°の軸外カット角度の偏光比は、約０．９１であってもよく、４３０ｎｍの発光波長における１０°の軸外カット角度の偏光比は、０．８０超であってもよく、４７０ｎｍの発光波長における０°の軸外カット角度の偏光比は、０．８０超であってもよく、４５０ｎｍの発光波長における２７°の軸外カット角度の偏光比は、約０．５５超であってもよく、３９０ｎｍの発光波長における０°の軸外カット角度の偏光比は、約０．５５であってもよい。

本発明は、無極性指向ＩＩＩ族窒化物の表面上に１つ以上の発光層を含み、表面は、無極性指向ＩＩＩ族窒化物の無極性平面に対して軸外角度にあり、角度は、［０００１］または［０００−１］方向または方位に面し、角度は、０．８超の発光層によって放出される光の偏光比を達成する、ＬＥＤをさらに開示する。

次に、図面を参照する（同一参照番号は、全体を通して対応する部品を表す）。
図１は、一般的六方晶構造および着目結晶平面の概略図である。図２は、ＧａＮ結晶中の原子の配列を例示し、白丸は、Ｇａを表し、黒丸は、Ｎを表す。図３は、（ＬＥＤのＧａＮ基板の）ｍ平面に対し、かつ［０００−１］（度、°）に面する軸外カットの角度の関数として、ＬＥＤによって放出される光の偏光比を例示するグラフであって、２７°の角度は、半極性平面（１０−１−１）に対応し、データ点マーカに隣接する数字は、試料ＬＥＤの発光波長（ナノメートル、ｎｍ）を示し、図３のデータに対するＬＥＤ材料組成および構造は、参考文献［１］に記載される。図４は、本発明の方法を例示する工程図である。図５（ａ）は、本発明によって加工される素子の断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の素子の上面図の概略図であって、偏光方向ａおよびｂを例示し、ａおよびｂは、直交し、素子表面の同一平面上にある。図６（ａ）および図６（ｂ）は、ＬＣＤ動作の原理を例示し、従来の技術では、偏光は、第１の偏光子を通過後に得られる。

（本発明の詳細な説明）
好ましい実施形態の以下の説明では、本明細書の一部を形成し、本発明が実践され得る特定の実施形態の一例として示される、付随の図面が参照される。他の実施形態が利用されてもよく、構造的変化は、本発明の範囲から逸脱することなく成され得ることを理解されたい。

（用語）
ここで、窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料の本特定の研究分野の慣習に基づく、本開示で使用される用語を明確にすることは有意義である。

電気分極および偏光は両方とも、本発明における重要な概念であるが、異なる物理的現象である。但し、両方とも「偏極」と称されている。

電気分極は、偏極ベクトルおよび内部分極電場に関し、特定の材料系の結晶構造に基づく。この場合、材料は、「偏極」材料と称される。材料が内部電気分極を有さない場合、「無極性」材料と称される。

偏光は、電磁波放出に関し、光は、「偏光」と称される場合が多い。偏光の概念は、電磁波が空間中を伝搬する様子に基づく。

平面に垂直な偏極ベクトルを有する極性材料の結晶平面は、「極性」平面と称される。平面に平行な偏極ベクトルを有する平面は、「無極性」平面と称される。平面に対していずれかの他の角度で偏極ベクトルを有する平面は、「半極性」平面と称される。本慣習（極性、無極性、または半極性）が、素子（例えば、ＬＥＤ）に適用される場合、素子がその（極性、無極性、または半極性）結晶平面上に調製されることを意味する。

（概要）
無極性および半極性ＡｌＩｎＧａＮ系ＬＥＤは、偏光を放出するように示されている一方、従来のＬＥＤは、非偏光のみ放出する。無極性ＬＥＤの偏光比の最高報告値は、０．８である（室温測定）。実践用途の場合、依然として、より高い偏光比が必要とされる。本発明は、極性（−ｃ）方位に面して無極性指向ウエハの軸外カット（すなわち、オフカット）を行なうことによって、無極性ＬＥＤからのエレクトロルミネセンスにおいてより高い偏光比を達成する。

（技術説明）
無極性および半極性ＬＥＤからの偏光発光が報告されている。偏光比は、偏光度を示す数字であって、０は、光の偏光がなく、１は、完全偏光である。これらのＬＥＤの偏光比の一般的な値は、０．８である。これらの偏光源を使用する実践的用途の場合、高偏光比が必要とされる。

無極性ＬＥＤの偏光比を増加させるためのいくつかの方法が存在する。使用されるＬＥＤ構造および／または基板を変化させることによって誘発される歪は、偏光比に影響を及ぼすであろう。技術は、ＬＥＤ構造中の歪制御層の導入または異種基板の使用を含んでもよい。入念に調製されたＬＥＤチップは、迷光を低減し、偏光比を増加させることが可能である。低温（約１００Ｋ）で動作するＬＥＤは、偏光比を増加させる別の方法である。しかしながら、これは、光源用途にとって実用的ではない。外部技術、例えば、偏光子の使用が周知であるが、エネルギー効率の観点から好ましくない。

本発明に説明される技術は、偏光比を向上させる方法の１つである。発明者らは、ＬＥＤ構造の成長のために、オフカット基板を採用することによって、偏光比が改良されたことを実験的に認めている。

図３は、（ＬＥＤのＧａＮ基板の）ｍ平面に対して、かつ［０００−１］に面したオフカット角度の関数として、偏光比を例示するグラフであって、データ点マーカに隣接する数字は、試料ＬＥＤの発光波長を示す。

図３に示されるように、偏光比は、４５０ｎｍに対して５°のオフカットで最大となる傾向にある一方、４３０ｎｍにおける１０°のオフカットは、発光波長が短いが、依然として、４７０ｎｍにおける０°のオフカットと同一偏光比を維持している（より長い波長は、インジウム（Ｉｎ）混和によって誘発されるより高い歪によって、より高い偏光比を示す傾向にある）。また、４５０ｎｍにおける半極性平面（１０−１−１）に対応する２７°のオフカットは、３９０ｎｍにおける０°のオフカットと同一偏光比を有することに留意されたい。

これらの結果は、理論的研究によって予測されてはいない。発明者らは、これらの現象がオフカット基板上に調製される発光層の歪状態に起因すると考える。

したがって、本発明の一実施形態は、［０００−１］に面して、０乃至２７°のオフカット角度を伴う、ｍ平面ＧａＮ基板（スライスされたバルク基板または異種基板上に異種エピタキシャルに成長されるＧａＮ層）を採用する。そのような基板を採用することによって、基板上に加工されるＬＥＤ構造からの発光の結果として得られる偏光比は、（公称）オフカットを伴わないｍ平面基板上に加工されるＬＥＤ構造からの発光の偏光比より高い。

（プロセスステップ）
図４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）から放出される光の偏光比を増加させるための方法を例示する工程図である。

ブロック４００は、無極性平面に対して角度付けられたＩＩＩ族窒化物の表面を提供するステップを表し、角度は、［０００１］または［０００−１］方向（または、方位）に面する。例えば、表面は、極性（−ｃまたは＋ｃ）方位に面して無極性ＩＩＩ族窒化物の軸外カットを行なうことによって得られてもよい。しかしながら、表面を得る他の方法が使用されてもよい。

軸外カットは、０°乃至２７°の軸外カット角度を有してもよく、方位は、［０００−１］であってもよい。軸外カット角度は、約５°であって、０°乃至２７°の他の軸外カット角度より高い偏光比を提供してもよい。

ブロック４０２は、表面上、例えば、軸外カット無極性ＩＩＩ族窒化物上にＬＥＤを成長させるステップを表す。

ブロック４０４は、本方法を使用して加工される素子、例えば、無極性ＬＥＤを表す。ＬＥＤからの発光は、軸外カットを伴わないものより高い偏光比を有する。例えば、実施例として提供されるいくつかの構造の場合、図３は、４５０ｎｍの発光波長における５°の軸外カット角度の偏光比は、約０．９１であって、４３０ｎｍの発光波長における１０°の軸外カット角度の偏光比は、０．８０超であって、４７０ｎｍの発光波長における０°の軸外カット角度の偏光比は、０．８０超であって、４５０ｎｍの発光波長における２７°の軸外カット角度の偏光比は、約０．５５であって、３９０ｎｍの発光波長における０°の軸外カット角度の偏光比は、約０．５５であることを例示する。

図５（ａ）は、素子が、無極性（例えば、ａ平面またはｍ平面）指向ＩＩＩ族窒化物基板５０６の表面５０４上に１つ以上の発光層５０２を含むＬＥＤ５００であってもよく、表面５０４は、無極性指向ＩＩＩ族窒化物５０６の無極性平面５１０ａ、５１０ｂ（例えば、ａ平面またはｍ平面）に対して軸外角度５０８にあって、ＩＩＩ族窒化物５０６の［０００１］または［０００−１］方向または方位５１２に面し、角度５０８は、０．８超の発光層５０２によって放出される光の偏光比を達成することを示す。発光層５０２は、ｐ−ｎ接合を形成するｐ型ＩＩＩ族窒化物領域５１４およびｎ型ＩＩＩ族窒化物領域５１６、または発光ＩＩＩ族窒化物活性層５１８（例えば、発光ＱＷ）、あるいはｐ型層５１４とｎ型層５１６との間の活性層５１８を含んでもよい。このように、発光層５０２は、指向される、または方向５２０に成長される、あるいは平面５１０ａ、５１０ｂに対して角度５０８にある上表面５２２を有する。また、中間層、例えば、ＩＩＩ族窒化物基板層５２４も示される。

表面５０４上に成長される領域または層５０２、５２４は、（Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ素子の加工の当該分野において周知のように、ＩＩＩ族窒化物層（（Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ層）であってもよい。

通常は、実際の素子においては、軸上無極性指向ＩＩＩ族窒化物基板５０６は、オフカット基板５２４およびオフカット素子層５０２が平行表面５２２、５２６が曝露され、結晶学的決定方法が行なわれない限り、角度５０８が見えないように、層５０２、５２４の成長後に除去される。

また、活性領域５１８によって放出される光５２８を透過させる素子５００の表面５２２の実施例も、示される。図５（ａ）では、点線５１０ａおよび５１０ｂは、無極性平面を示す。加えて、点線５１０ｂは、点線５３０および５３２とともに、表面５０４を得るために、無極性指向ＩＩＩ族窒化物５０６が除去され得る領域を示す。

図５（ｂ）は、図５（ａ）の（表面５２２の垂線に沿った）概略上面図であって、光５２８の偏光比を例示する。光（ρ）の偏光比は、ρ＝（Ｉ_ａ＋Ｉ_ｂ）／（Ｉ_ａ−Ｉ_ｂ）として一般的に定義され、式中、Ｉ_ａおよびＩ_ｂは、それぞれ、面内方向ａおよびｂに平行（すなわち、素子表面５２２に平行またはその同一平面上にある）の極性（電場）を有する光５２８の強度である（ａおよびｂ方向は、互いに直交する）。言い換えると、Ｉ_ａは、方向ａに偏光を有する光５２８の強度であって、Ｉ_ｂは、方向ｂに偏光を有する光５２８の強度である。ρがゼロ、すなわち、Ｉ_ａ＝Ｉ_ｂの時、光５２８は、非偏光である。Ｉ_ａがＩ_ｂと等しくない時、光５２８は、（部分的に）直線偏光される。Ｉ_ａまたはＩ_ｂがゼロ（すなわち、ρが単位元）である時、光５２８は、（完全に）直線偏光される。

議論を容易にするために（ａおよびｂが表面５２８に平行であるように）、図５（ａ）は、表面５２２に垂直に出現する光５２８のみ示す。しかしながら、他の角度および他の表面から出現する光も可能である。したがって、本発明の偏光比の測定は、表面５２２に垂直に放出される光５２８を観察することによって行なわれたが、偏光ａおよびｂは、通常は、観察方向（すなわち、光５２８の伝搬方向）に対して決定される。したがって、光５２８が表面５２２に垂直に伝搬しない場合、ａおよびｂは、必ずしも表面５２２に平行ではない。実際、光５２８は、表面５２２から任意の方向に伝搬し、偏光ａおよびｂは、観察方向（視線の位置）に対するものである。

（可能性として考えられる修正例および変形例）
本発明の可能性として考えられる修正例は、［０００１］に面したオフカットの採用である。［０００−１］および［０００１］の結晶方位は、類似特徴を有する。結果として、［０００１］に面するウエハオフカットは、偏光において同一利点を示してもよい。

別の可能性として考えられる修正例は、他の無極性基板、例えば、ａ平面を採用することである。ａ平面方位に調製される基板は、［０００−１］または［０００１］に面してオフカット可能である。

本発明に記載される基板５０６は、スライスされたバルクＧａＮ結晶（例えば、ブロック４００によって表されるステップに先立って、または表面５０４の調製に先立って、ＩＩＩ族窒化物基板が、無極性平面５１０ａ、５１０ｂに沿ってスライスされ、無極性指向ＩＩＩ族窒化物基板５０６を提供してもよい）に限定されず、エピタキシャル技術（例えば、異種基板上のａ軸またはｍ軸に沿った成長）によって、異種基板上に調製されるＧａＮ基板５０６も含む。しかしながら、基板５０６は、任意の好適な方法によって調製可能である。

また、半極性ＬＥＤまたはレーザは、本発明の方法を使用して加工され得る。また、オフカット無極性方位は、オフカットの大きさに応じて、半極性平面としても検討され得る。例えば、ｍ平面からｃ方向に面した２７°のオフカットは、（１０−１−１）半極性方位に対応する。

（利点および改良点）
本発明は、公称オフカットを伴わない従来の基板を置換するために、素子構造成長において、オフカット基板のみを採用する。故に、材料成長のさらなるプロセス、無菌室処理、または素子パッケージングは、必要とされない。ウエハのオフカットは、素子成長に使用される場合が多いが、偏光特徴にオフカットの影響を及ぼさないことは周知である。または、大きなオフカット角度（５°および１０°等）は、概して、成長を大幅に変化させると考えられるため、一般的には使用されない。

本発明の特定の用途の１つは、ＬＣＤの背面照明のためのものである。ＬＣＤは、フラットパネルディスプレイにおける成長技術である。自己発光素子ではないため、ＬＣＤは、ディスプレイユニット内に光源を必要とする。光源は、現在、冷陰極蛍光灯からＬＥＤに変化しつつあり、したがって、ＬＥＤ市場の本部門は、増加するであろうことが期待される。

ＬＣＤ６００は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示されるように、偏光技術に基づく。液晶６０２の薄層は、電気的制御された偏光回転子として作用する。直線偏光６０４が、液晶層６０２上に入射すると、光６０４は、液晶６０２を電気的に動作６０８させることによって、通過（図６（ａ）の光出力６０６）または遮断（光出力６０６がない、図６（ｂ））され得る。ＬＣＤユニット６００が必要とするものは、光源６１０によって放出される源光６１４の好ましくない偏光成分を濾光するためのプラスチックシートである、線形偏光子６１２と組み合わせた光源６１０である。例えば、図６（ｂ）は、交流（ＡＣ）電圧６０８が液晶６０２に印加されると、光出力６１６が偏光子６１８によって遮断されるように、液晶６０２が、偏光６０４を回転させないことを示す。図６（ａ）は、印加されるＡＣ電圧６０８の不在下、液晶６０２が偏光６０４を回転させ、偏光子６１８を通過し、光出力６０６を形成する偏光を有する光６２０を形成することを示す。また、図６（ａ）および図６（ｂ）には、配向膜６２２が示される。

偏光子６１２の透過率は、通常は、８０％であって、したがって、光６１４の２０％は、偏光子６１２によって損失される。１つ以上の偏光ＬＥＤ（光源６１０として）がＬＣＤ適用される場合、偏光子６１２は、もはや必要とされず、ディスプレイ輝度が、大幅に増加される。加えて、ディスプレイユニット６００の重量が減少される。これらの利点を達成するために、高偏光比が、ＬＥＤ６１０のために必要とされる。本発明は、本目的に寄与する単純な技術である。

（参考文献）
以下の参考文献が本明細書中で参考として援用される。

１．ＨｉｓａｓｈｉＹａｍａｄａ，ＫｅｎｊｉＩｓｏ，ＭａｋｏｔｏＳａｉｔｏ，ＫｅｎｊｉＦｕｊｉｔｏ，ＳｔｅｖｅｎＰ．ＤｅｎＢａａｒｓ，ＳｈｕｊｉＮａｋａｍｕｒａ，“ＩｍｐａｃｔｏｆＳｕｂｓｔｒａｔｅＭｉｓｃｕｔｏｎｔｈｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｍ−ｐｌａｎｅＩｎＧａＮ／ＧａＮＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅｓ”，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．４６，ｐ．Ｌ１１１７（２００７）．
２．Ｋ．Ｏｋａｍｏｔｏ，ｅｔａｌ．，“Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ−ｆｒｅｅ−ｍ−ｐｌａｎｅＩｎＧａＮ／ＧａＮｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅｓｏｎｍ−ｐｌａｎｅＧａＮｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｓ”，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４５，Ｌ１１９７（２００６）。この論文は、バルクＧａＮ基板上に加工された無極性のＬＥＤについて０．７７の偏光比を報告している。

３．Ｈ．Ｔｓｕｊｉｍｕｒａ，ｅｔａｌ．，“Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｏｌａｒｉｚｅｄｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｆｒｏｍｍ−ｐｌａｎｅＩｎＧａＮ−ｂａｓｅｄｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅｓ”，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４６，Ｌ１０１０（２００７）。この論文は、バルクＧａＮ基板上に加工された無極性のＬＥＤについて０．８の最大偏光比を報告している。

４．Ｓ．Ｎａｋａｇａｗａ，“Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆｐｏｌａｒｉｚｅｄｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｆｒｏｍｎｏｎｐｏｌａｒｍ−ｐｌａｎｅＩｎＧａＮ−ｂａｓｅｄｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅｓ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９１，１７１１１０（２００７）。この論文は、偏光比における温度の影響を報告している。報告された最高数は０．９８（１００Ｋにて測定）。室温においては偏光比として０．８５が報告されている。

５．Ａ．Ａ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，“ＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｏｐｔｉｃａｌｍａｔｒｉｘｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｓｔｒａｉｎｅｄＧａＮｑｕａｎｔｕｍｗｅｌｌｓ”，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４６、Ｌ７８９（２００７）。この論文は、無極性および他の入射面において偏光の理論的計算を提供する。

６．ＨｉｓａｓｈｉＭａｓｕｉ，ＨｉｓａｓｈｉＹａｍａｄａ，ＫｅｎｊｉＩｓｏ，ＳｈｕｊｉＮａｋａｍｕｒａ，ＳｔｅｖｅｎＰ．ＤｅｎＢａａｒｓ，“Ｏｐｔｉｃａｌｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍ−ｏｒｉｅｎｔｅｄＩｎＧａＮ／ＧａＮｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅｓｗｉｔｈｖａｒｉｏｕｓｉｎｄｉｕｍｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｉｎｓｉｎｇｌｅ−ｑｕａｎｔｕｍ−ｗｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４１（２００８）２２５１０４（７ｐｐ）。

（結論）
ここで、本発明の好ましい実施形態の説明を結論付ける。本発明の１つ以上の実施形態の上述の説明は、例示および説明の目的のために提示されている。本発明を包括的または開示される正確な形態に限定することを意図するものではない。多くの修正例および変形例が、上述の教示に照らして可能である。本発明の範囲は、本発明を実施するための形態によってではなく、本明細書に添付の請求項によって限定されることが意図される。

Claims

発光ダイオード（ＬＥＤ）からの発光の偏光比を増加させるための方法であって、
極性（−ｃまたは＋ｃ）方位に面して、無極性ＩＩＩ族窒化物の軸外カットを行なうことと、
該無極性ＩＩＩ族窒化物の該軸外カット上に該ＬＥＤを成長させ、それによって、該ＬＥＤからの発光の偏光比を増加させることと
を含む、方法。
前記発光は、前記軸外カットを伴わないものより高い偏光比を有する、請求項１に記載の方法。
前記軸外カットは、０°乃至２７°の軸外カット角度を有し、前記方位は、［０００−１］である、請求項１に記載の方法。
前記軸外カット角度は、約５°であって、０°乃至２７°の他の軸外カット角度より高い偏光比を提供する、請求項１に記載の方法。
４５０ｎｍの発光波長における５°の軸外カット角度の偏光比は、約０．９１である、請求項１に記載の方法。
４３０ｎｍの発光波長における１０°の軸外カット角度の偏光比は、０．８０超である、請求項１に記載の方法。
前記４７０の発光波長における０°の軸外カット角度の偏光比は、０．８０超である、請求項１に記載の方法。
４５０ｎｍの発光波長における２７°の軸外カット角度の偏光比は、約０．５５である、請求項１に記載の方法。
３９０ｎｍの発光波長における０°の軸外カット角度の偏光比は、約０．５５である、請求項１に記載の方法。
前記ＬＥＤは、無極性ＬＥＤである、請求項１に記載の方法。
請求項１に従って加工される、発光ダイオード（ＬＥＤ）。
発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、
無極性指向ＩＩＩ族窒化物の表面上の１つ以上の発光層を含み、
該表面は、該無極性指向ＩＩＩ族窒化物の無極性平面に対して軸外角度にあって、
該角度は、該無極性指向ＩＩＩ族窒化物の［０００１］または［０００−１］方向または方位に面し、
該角度は、０．８超の該発光層によって放出される光の偏光比を達成する、発光ダイオード。
発光ダイオード（ＬＥＤ）から発光させるための方法であって、
無極性指向ＩＩＩ族窒化物の表面上の１つ以上の発光層から光を放出することを含み、
該表面は、該無極性指向ＩＩＩ族窒化物の無極性平面に対して軸外角度にあって、
該角度は、［０００１］または［０００−１］方向または方位に面し、
該角度は、０．８超の該発光層によって放出される光の偏光比を達成する、方法。