JP2017098547A - 半導体発光構造体およびその半導体パッケージ構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】光抽出の全体効率を増大させる。
【解決手段】半導体発光構造体およびその半導体パッケージ構造体が、提供される。半導体発光構造体は、第１のタイプの半導体層と、活性層と、第２のタイプの半導体層と、金属層と、分布ブラッグ反射器とを含む。活性層は、第１のタイプの半導体層上に配設される。第２のタイプの半導体層は、活性層上に配設される。金属層は、第２のタイプの半導体層上に第１の反射性構造体として配設され、金属層は、開口部分を有する。分布ブラッグ反射器は、金属層上に配設され、第２の反射性構造体として開口部分内に挿入される。第１の反射性構造体および第２の反射性構造体は、第２のタイプの半導体層上に反射性表面を形成する。
【選択図】図２
【解決手段】半導体発光構造体およびその半導体パッケージ構造体が、提供される。半導体発光構造体は、第１のタイプの半導体層と、活性層と、第２のタイプの半導体層と、金属層と、分布ブラッグ反射器とを含む。活性層は、第１のタイプの半導体層上に配設される。第２のタイプの半導体層は、活性層上に配設される。金属層は、第２のタイプの半導体層上に第１の反射性構造体として配設され、金属層は、開口部分を有する。分布ブラッグ反射器は、金属層上に配設され、第２の反射性構造体として開口部分内に挿入される。第１の反射性構造体および第２の反射性構造体は、第２のタイプの半導体層上に反射性表面を形成する。
【選択図】図２
Description
本開示は、一般に、半導体発光構造体およびその半導体パッケージ構造体に関し、より詳細には、金属層と分布ブラッグ反射器とを含む半導体発光構造体およびその半導体パッケージ構造体に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電気エネルギーを光学エネルギーに変換することによって光を発する。電流がＬＥＤに印加された後、電流は拡散され、ＬＥＤのエピタキシャル層に注入され、電子および正孔が組み合わせられてエネルギーを発する。したがって、電子および正孔が組み合わされた後、エネルギーは光の形態で発せられる。
現在、半導体業界では、反射器は、通常、フリップチップＬＥＤの製造プロセス中、（銀などの）金属または酸化インジウムスズ／分布ブラッグ反射器（ＩＴＯ／ＤＢＲ）から形成される。反射器が銀から形成されるとき、接触システムは金属から形成され、したがって、電流拡散がより良好となり、作動電圧が低くなるという利点を有する。しかし、反射器が通常電流下で作動されるとき、銀反射器の光抽出の効率性は、ＩＴＯ／ＤＢＲ反射器ほど良好ではない。反射器がＩＴＯ／ＤＢＲから形成されるとき、反射器は、ＩＴＯが電流を拡散するためのオーム接触層として使用されるならば、ほぼ１００％の反射率を有することができる。通常電流下で作動されるとき、ＩＴＯ／ＤＢＲ反射器は、銀反射器と比較して、反射率に関してはより良好なパフォーマンスを有するが、要素電圧に関してはパフォーマンスが低下する。他方、反射器が（１アンペアを上回るなどの）大電流下で作動されるとき、銀反射器は、反射率に関してより良好なパフォーマンスを有する。したがって、銀反射器およびＩＴＯ／ＤＢＲ反射器の両方の利点を有する半導体発光構造体を提供することが、この業界の大きな課題となる。
本発明は、金属層および分布ブラッグ反射器が一緒になって半導体発光構造体の反射器層を形成して光抽出の全体効率を増大させる、半導体発光構造体およびその半導体パッケージ構造体を対象とする。
本発明の１つの実施形態によれば、半導体発光構造体が提供される。半導体発光構造体は、第１のタイプの半導体層と、活性層と、第２のタイプの半導体層と、金属層と、分布ブラッグ反射器とを含む。活性層は、第１のタイプの半導体層上に配設される。第２のタイプの半導体層は、活性層上に配設される。金属層は、第２のタイプの半導体層上に第１の反射性構造体として配設され、金属層は、開口部分を有する。分布ブラッグ反射器は、金属層上に配設され、第２の反射性構造体として開口部分内に挿入される。第１の反射性構造体および第２の反射性構造体は、一緒になって、第２のタイプの半導体層上に反射性表面を形成する。
本発明の別の実施形態によれば、半導体パッケージ構造体が提供される。半導体パッケージ構造体は、キャリアと、前記半導体発光構造体と、波長変換物質とを含む。半導体発光構造体は、キャリア上に逆向きに配設される。波長変換物質は、半導体発光構造体を覆う。
本発明の上記および他の態様は、好ましいが、非限定的である実施形態の以下の詳細な説明に関してより良好に理解されることになる。以下の説明は、添付の図を参照して行われる。
本発明は、半導体発光構造体であって、フリップチップＬＥＤなどから形成することができ、同じ側に配設された第１の電極および第２の電極を有する半導体発光構造体を提供する。一実施形態では、金属層は、貫通開口部分を有し、分布ブラッグ反射器は、金属層上に配設され、その開口部分内に挿入される。したがって、半導体発光構造体の反射器層は、金属層のみならず、開口部分内に挿入された分布ブラッグ反射器をさらに含み、それにより、半導体発光構造体は、９９〜１００％の高さの反射率を有することができる。金属層のみから形成される反射器層を有する従来の半導体発光構造体と比較して、本発明の半導体発光構造体の輝度は、約３〜５％増大される。さらに、金属層は、第２のタイプの半導体層に電流を均一に拡散させるための電流拡散層として使用されてもよく、また、第２のタイプの半導体層のオーミック接触層として直接使用されてもよい。
いくつかの実施形態が、以下に開示される。しかし、本発明の実施形態は、詳細な説明のためにすぎず、本発明の保護の範囲を限定するためのものではない。
図１Ａは、本発明の一実施形態による半導体発光構造体１００Ａを含む半導体パッケージ構造体１０Ａの断面図である。図１Ｂは、本発明の一実施形態による半導体発光構造体１００Ａを含む別の半導体パッケージ構造体１０Ｂの断面図である。
図１Ａを参照すると、半導体パッケージ構造体１０Ａは、キャリア１０と、半導体発光構造体１００Ａと、波長変換物質１４とを含む。キャリア１０は、（負電極などの）第１のキャリア電極１１と、（正電極などの）第２のキャリア電極１２と、絶縁層１３とを含む。波長変換物質１４は、半導体発光構造体１００Ａを覆い、それにより、非常灯は種々の波長を有することができる。
フリップチップＬＥＤから形成することができる、本発明の半導体発光構造体１００Ａは、同じ側に配設された第１の電極（図示せず）および第２の電極（図示せず）を有し、第１の電極は、Ｎ型電極などによって実現されてよく、第２電極は、Ｐ型電極などによって実現されてよい。半導体発光構造体１００Ａは、キャリア１０上に逆向きに配設される。第１の電極は、導電性バンプ（図示せず）を介してキャリア１０の第１のキャリア電極１１に電気的に接続され得る。第２の電極は、導電性バンプ（図示せず）を介してキャリア１０の第２のキャリア電極１２に電気的に接続され得る。
一実施形態では、半導体発光構造体１００Ａは、基板１６上に形成されてよく、基板１６は、半導体発光構造体のエピタキシャル層を成長させるための成長基板として使用される。基板１６は、サファイア基板などによって実現され得る。別の実施形態では、基板１６は、要求に応じて半導体がパッケージ化される前に除去され得るため、半導体パッケージ構造体１０Ａは、基板１６を有さないことがある。
図１Ｂを参照する。図１Ｂの半導体パッケージ構造体１０Ｂは、図１Ａの半導体パッケージ構造体１０Ａに類似するので、共通の参照番号が図１Ａおよび図１Ｂにおいて使用され、同じ要素および類似性を示すための詳細な説明は、ここでは繰り返されない。半導体パッケージ構造体１０Ｂは、さらに、ダム１５を含み、ダム１５は、キャリア１０上に配設され、半導体発光構造体１００Ａおよび波長変換物質１４を取り囲んで、半導体発光構造体１００Ａの光抽出の効率性を増大させる。
半導体発光構造体１００Ａの詳細な説明は、以下の本発明の実施形態において開示される。説明を簡潔にし、理解しやすくするために、基板１６の説明は省略される。
図２を参照すれば、本発明の一実施形態による半導体発光構造体１００Ａの断面図が示される。半導体発光構造体１００Ａは、第１の電極１０１と、第２の電極１０２と、エピタキシャル層１０３とを含む。第１の電極１０１および第２の電極１０２は、エピタキシァル層１０３の同じ側に配設される。エピタキシャル層１０３は、第１のタイプの半導体層１０４と、活性層１０５と、第２のタイプの半導体層１０６とを含み、これらは、順に積み重ねられている。第１のタイプの半導体層１０４、活性層１０５、および第２のタイプの半導体層１０６は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）および窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）、ならびに任意のその組み合わせの群から選択された材料から形成され得る。第１のタイプの半導体層１０４および第２のタイプの半導体層１０６はそれぞれ、反対の極性を有し、たとえば、第１のタイプの半導体層１０４および第２のタイプの半導体層１０６は、それぞれＮ型半導体層およびＰ型半導体層になり得る。活性層１０５は、第１の半導体層１０４と第２の半導体層１０６の間に挿入される。電圧によって駆動される電子および電子正孔は、第１のタイプの半導体層１０４および第２のタイプの半導体層１０６を介して活性層１０５に伝達される。次いで、電子および電子正孔は、活性層１０５上で組み合わされ、光の形態で出力される。
半導体発光構造体１００Ａは、さらに、金属層１０８と、分布ブラッグ反射器１１０とを含む。金属層１０８は、第２のタイプの半導体層１０６上に配設される。分布ブラッグ反射器１１０は、金属層１０８上に配設される。本実施形態では、金属層１０８は、銀から形成され、入射光を反射するための半導体発光構造体１００Ａの第１の反射性構造体として使用され得る。追加的に、分布ブラッグ反射器１１０は、高い屈折率を有するフィルムおよび低い屈折率を有するフィルムの交互の積み重ねから構成された誘電材料から形成され得る。フィルム間の屈折率の周期的変化により、入射光は、入射スポットにおいて強め合う干渉を生成し、したがって、分布ブラッグ反射器１１０に貫通できず、その代わりに反射されることになる。本実施形態では、金属層１０８は、開口部分Ｃを有することができ、分布ブラッグ反射器１１０は、開口部分Ｃ内に挿入され、半導体発光構造体１００Ａの第２の反射性構造体として使用され得る。したがって、第１の反射性構造体および第２の反射性構造体は、一緒になって、第２のタイプの半導体層１０６上に反射性表面を形成することができる。
本実施形態では、金属層１０８は、メインの反射性構造体として使用され得る。詳細には、反射性表面上に形成された金属層１０８の面積は、反射性表面上に形成された分布ブラッグ反射器１１０の面積より大きくなり得る。すなわち、反射性表面に対する（金属層１０８から構成された）第１の反射性構造体の面積比は、反射性表面に対する（開口部分Ｃ内に挿入された分布ブラッグ反射器１１０から構成された）第２の反射性構造体の面積比より大きくなり得る。
半導体発光構造体１００Ａは、さらに、バリア層１０９と、貫通孔Ｈと、接触層１１１と、保護層１１２とを含むことができる。バリア層１０９は、金属層１０８と分布ブラッグ反射器１１０の間に挿入される。貫通孔Ｈは、第２のタイプの半導体層１０６、活性層１０５、および第１のタイプの半導体層１０４の一部を貫通する。金属層１０８およびバリア層１０９は、貫通孔Ｈを除く第２のタイプの半導体層１０６の表面上に配設される。分布ブラッグ反射器１１０は、金属層１０８上に配設され、さらに、貫通穴Ｈの側壁を覆う。接触層１１１は、分布ブラッグ反射器１１０上に配設され、貫通孔Ｈまで延ばされて第１のタイプの半導体層１０４に電気的に接続される。分布ブラッグ反射器１１０は金属層１０８上に配設され、貫通孔Ｈの側壁をさらに覆うため、接触層１１１は、分布ブラッグ反射器１１０を介して金属層１０８から電気的に分離され得る。
保護層１１２は、接触層１１１を覆い、貫通孔Ｈまで延ばされ得る。保護層１１２は、第１のくぼみＤ１と、第２のくぼみＤ２とを有する。第１のくぼみＤ１は、接触層１１１の表面を露出させる。第１の電極１０１は、保護層１１２上に配設され、第１のくぼみＤ１まで延ばされて接触層１１１と電気的に接続される。第２のくぼみＤ２は、バリア層１０９の表面を露出させる。第２の電極１０２は、保護層１１２上に配設され、第２のくぼみＤ２まで延ばされる。第２の電極１０２は、電流をバリア層１０９を介して拡散させることによって（バリア層１０９の下方に配設された）金属層１０８に電気的に接続される。
別の実施形態では、半導体発光構造体は、バリア層１０９を有さず、金属層１０８を介して電流を直接的に拡散させることができる。図３に示すように、半導体発光構造体１００Ｂの第２のくぼみＤ２は、金属層１０８を露出させることができ、それにより、第２の電極１０２は、金属層１０８と直接的に電気的に接続され得る。
図２を再度参照する。半導体発光構造体１００Ａは、さらに、透明導電層１０７を含むことができ、透明導電層１０７は、第２のタイプの半導体層１０６と金属層１０８の間に挿入され、貫通孔Ｈを除く第２のタイプの半導体層１０６の表面上に配設される。透明導電層１０７は、酸化インジウムすず（ＩＴＯ）または酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などから形成され得る。透明導電層１０７は、電流を第２のタイプの半導体層１０６に均一に拡散させるための電流拡散層として使用されてよく、さらに、金属層１０８と第２のタイプの半導体層１０６の間のオーミック接触層として、金属層１０８と第２のタイプの半導体層１０６の間の接触抵抗を低減させるために使用されてもよい。別の実施形態では、半導体発光構造体は、透明導電層１０７を有さなくてよい。図４に示すように、半導体発光構造体１００Ｃは、金属層１０８を第２のタイプの半導体層１０６のオーミック接触層として直接的に使用することができる。すなわち、本発明は、透明導電層に限定されない。
図５に示すように、網様構造体が、エッチングによって金属層１０８上に形成されて電流拡散のより良好な効果を達成することができる。網様構造を有する金属層１０８は、さらに、間隔をあけて配列され得る複数の開口部分Ｃを含むことができる。分布ブラッグ反射器１１０は、開口部分Ｃ内に挿入されてよく、それにより、第２のタイプの半導体層１０６は、２つの反射性構造体：金属層１０８および分布ブラッグ反射器１１０を有する。また、電流は、開口部分Ｃを除く金属層１０８を介して、または（金属層１０８下に配設された）透明導電層１０７を介して拡散され得る。
本発明の上記の実施形態に開示した半導体発光構造体によれば、金属層は開口部分を有し、分布ブラッグ反射器は、金属層上に配設され、さらに、その開口部分内に挿入される。したがって、半導体発光構造体の反射器層は、金属層のみならず、開口部分内に挿入された分布ブラッグ反射器をさらに含み、それにより、半導体発光構造体は、９９〜１００％の高さの反射率を有し得る。金属層のみから形成される反射器層を有する従来の半導体発光構造体と比較して、本発明の半導体発光構造体の輝度は、約３〜５％増大される。さらに、金属層は、反射器層としても、電流拡散層としても使用され得る。したがって、本発明の半導体発光構造体は、有利には、分布ブラッグ反射器の反射率および金属層の電流拡散を有する。それに加えて、分布ブラッグ反射器は、反射器層としても、接触層と金属層の間の電気絶縁層としても使用され得る。
さまざまな改変および変形が、開示された実施形態に加えられ得ることは、当業者には明白であろう。本明細書および例は、例示としてのみ考慮されるべきことが意図されており、本開示の真の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその均等物によって示される。
Claims (9)
- 半導体発光構造体であって、
第１のタイプの半導体層と、
前記第１のタイプの半導体層上に配設された活性層と、
前記活性層上に配設された第２のタイプの半導体層と、
前記第２のタイプの半導体層上に第１の反射性構造体として配設された金属層であって、開口部分を有する金属層と、
前記金属層上に配設され、第２の反射性構造体として前記開口部分内に挿入される分布ブラッグ反射器とを備え、
前記第１の反射性構造体および前記第２の反射性構造体が一緒になって、前記第２のタイプの半導体層上に反射性表面を形成する、半導体発光構造体。 - 前記開口部分の数が複数である、請求項１に記載の半導体発光構造体。
- 前記反射性表面に対する前記第１の反射性構造体の面積比が、前記反射性表面に対する前記第２の反射性構造体の面積比より大きい、請求項１に記載の半導体発光構造体。
- さらに、
前記第２のタイプの半導体層、前記活性層および前記第１のタイプの半導体層の一部を貫通する貫通孔であって、前記分布ブラッグ反射器が前記貫通孔の側壁を覆う、貫通孔と、
前記分布ブラッグ反射器上に配設され、前記貫通穴まで延ばされて前記第１のタイプの半導体層に電気的に接続される接触層であって、前記分布ブラッグ反射器を介して前記金属層から電気的に分離される接触層とを備える、請求項１に記載の半導体発光構造体。 - さらに、
前記接触層を覆い、第１のくぼみおよび第２のくぼみを有する保護層であって、前記第１のくぼみが前記接触層を露出させ、前記第２のくぼみが前記金属層を露出させる、保護層と、
前記保護層上に配設され、前記第１のくぼみまで延ばされて前記接触層と電気的に接続される第１の電極と、
前記保護層上に配設され、前記第２のくぼみまで延ばされて前記金属層と電気的に接続される第２の電極とを備える、請求項１に記載の半導体発光構造体。 - さらに、
前記金属層と前記分布ブラッグ反射器の間に挿入されるバリア層と、
前記接触層を覆い、第１のくぼみおよび第２のくぼみを有する保護層であって、前記第１のくぼみが前記接触層を露出させ、前記第２のくぼみが前記バリア層を露出させる、保護層と、
前記保護層上に配設され、前記第１のくぼみまで延ばされて前記接触層と電気的に接続される第１の電極と、
前記保護層上に配設され、前記第２のくぼみまで延ばされて前記金属層と電気的に接続される第２の電極とを備える、請求項１に記載の半導体発光構造体。 - さらに、
前記第２のタイプの半導体層と前記金属層の間に挿入された透明導電層であって、電流拡散層として使用される透明導電層を備える、請求項１に記載の半導体発光構造体。 - 前記金属層が網状にされる、請求項１に記載の半導体発光構造体。
- 半導体パッケージ構造体であって、
キャリアと、
前記キャリア上に逆向きに配設された、請求項１に記載の半導体発光構造体と、
前記半導体発光構造体を覆う波長変換物質とを備える、半導体パッケージ構造体。
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