JP2022551340A - 高密度テクスチャを有する発光ダイオード(led)装置 - Google Patents
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Abstract
Description
これは、問題のある核発生挙動を回避し、緻密なパターンを有するPSS上で、平滑でクリーンに凝集したGaN層の成長が可能となる。本開示により可能となる増加したパターン密度は、回折効果を最大化し、その結果、GaNからサファイアへの斜め入射光の透過を高めることが可能となり、これにより、正味の光抽出ゲインが生成できる。さらに、誘電体材料の選択層は、蛍光体変換LEDの蛍光体層からダイに戻るように反射される光の吸収損失を最小限に抑制することができる。誘電体材料の選択層により、緻密なパターンフィーチャにより形成される角度放射パターンが狭くなり、輝度が改善され、放射線が吸収される可能性がある領域、または単に使用されない領域への側面放射が回避され、さらなる利点が提供される。現在のPSSベースのLEDにより生成される放射パターンの比較的広い範囲は、ある用途では問題があるが、本開示により改善することができる。
III族-窒化物層212が成長され、第3の中間基板200dが形成される。III族-窒化物層212は、選択層被覆基板200cの表面上に成長する。
以下、各種実施形態について示す。以下に列挙された実施形態は、本発明の範囲内で、全ての態様および他の実施形態と組み合わされてもよいことが理解される。
発光ダイオード(LED)装置であって、
基板本体、該基板本体から突出する複数の一体化フィーチャ、および該複数の一体化フィーチャの間の空間によって画定されるベース表面を有する、パターン化基板であって、前記パターン化基板のアレイピッチは、50nm以上3.5μm以下である、パターン化基板と、
前記一体化フィーチャの表面に配置された誘電体材料を含む選択層であって、前記ベース表面上には前記選択層が存在しない、前記選択層と、
前記選択層上および前記ベース表面上の、III族-窒化物材料を含むIII族-窒化物層と、
を有する、LED装置。
前記選択層は、前記一体化フィーチャの表面の全ての部分に配置される、実施形態(a)に記載のLED装置。
前記ベース表面の全ての部分には、前記選択層が存在しない、実施形態(a)に記載のLED装置。
前記III族-窒化物材料は、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態(a)乃至(c)のいずれか一つに記載のLED装置。
前記誘電体材料は、約1.2から約2の範囲の屈折率を有する低屈折率材料を含む、実施形態(a)乃至(d)のいずれか一つに記載のLED装置。
前記誘電体材料は、二酸化ケイ素、(SiO2)、窒化ケイ素(Si3N4)、またはこれらの組み合わせを含む、実施形態(a)乃至(e)のいずれか一つに記載のLED装置。
に記載のLED装置。
前記選択層は、20nmから400nmの範囲の厚さを有する、実施形態(a)乃至(f)のいずれか一つに記載のLED装置。
さらに、前記一体化フィーチャの前記表面上および前記ベース表面上に、核発生材料を含む共形の核発生層を有し、
前記一体化フィーチャの前記表面上の前記核発生層は、前記選択層の下側にある、実施形態(a)乃至(g)のいずれか一つに記載のLED装置。
前記核発生材料は、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)、酸化亜鉛(ZnO)、またはこれらの組み合わせを含む、実施形態(h)
に記載のLED装置。
前記複数の一体化フィーチャは、半球形(hemispherical shape)、三角錐形、四角錐形、六角錐形、円錐形、半円球形(semi-spherical shape)、およびカット球形(cut-spherical shape)から選択された形状を有する、実施形態(a)乃至(i)のいずれか一つに記載のLED装置。
前記基板は、サファイア、スピネル、酸化亜鉛(ZnO)、酸化マグネシウム(MgO)、またはこれらの組み合わせの材料を含む、実施形態(a)乃至(j)のいずれか一つに記載のLED装置。
発光ダイオード(LED)装置であって、
基板本体、該基板本体から突出する複数の一体化フィーチャ、および該複数の一体化フィーチャの間の空間によって画定されるベース表面を有する、パターン化サファイア基板と、
前記一体化フィーチャの表面上および前記ベース表面上の共形の核発生層と、
前記共形の核発生層上の選択層であって、前記一体化フィーチャの上部に配置された二酸化ケイ素の誘電体材料を含み、前記ベース表面の上には、前記選択層が存在せず、前記選択層は、20nmから200nmの範囲の厚さを有する、選択層と、
前記選択層および前記ベース表面上の窒化ガリウム(GaN)材料を含むIII族-窒化物層と、
を有する、LED装置。
前記選択層は、前記一体化フィーチャの表面の全ての部分に配置される、実施形態(l)に記載のLED装置。
前記ベース表面の全ての部分には、前記選択層が存在しない、実施形態(l)または(m)に記載のLED装置。
パターン化基板上に誘電体材料を含む選択層を形成するステップであって、
前記パターン化基板は、基板本体、該基板本体から突出する複数の一体化フィーチャ、および該複数の一体化フィーチャの間の空間によって画定されるベース表面を有し、
前記選択層は、該一体化フィーチャの表面に配置され、
前記パターン化基板のアレイピッチは、50nm以上3.5μm以下であり、
前記ベース表面上には、前記選択層が存在せず、これにより、選択層被覆基板が形成される、ステップと、
前記選択層被覆基板上に、III族-窒化物層をエピタキシャル成長させるステップと、
を有する、製造の方法。
前記選択層は、指向性成膜プロセスにより、前記誘電体材料を前記パターン化基板上に成膜するステップにより形成され、
前記指向性成膜プロセスは、前記複数の一体化フィーチャの表面上の成膜に対して選択的であり、
その後、エッチングステップにより、前記ベース表面から任意の誘電体材料が除去される、実施形態(o)に記載の方法。
前記選択層は、
スパッタ成膜、原子層成膜(ALD)、化学気相成膜(CVD)、物理気相成膜(PVD)、プラズマ増強原子層成膜(PEALD)、プラズマ増強化学気相成膜(PECVD)、またはそれらの組み合わせにより、前記誘電体材料を前記パターン化基板に成膜し、
その後、前記一体化フィーチャの表面にわたって、優先的に前記ベース表面から前記誘電体材料を選択的にエッチングする
ことにより形成される、実施形態(o)または(p)に記載の方法。
前記選択層は、前記一体化フィーチャの表面の全ての部分にある、実施形態(o)乃至(q)のいずれか一つに記載の方法。
前記ベース表面の全ての部分には、前記選択層が存在しない、実施形態(o)乃至(r)のいずれか一つに記載の方法。
さらに、前記誘電体材料を成膜する前に、前記パターン化基板上に核発生層を成膜するステップを有する、実施形態(o)乃至(s)のいずれか一つに記載の方法。
以下のように、光モデリング法によりフラックスゲインの解析を行った。例1で実施された光学モデリング方法では、業界で認定されたモンテカルロベースの光線追跡光学シミュレータを使用し、設計された発光ダイオード(LED)装置の光学的挙動を予測した。
例1で用いた光学モデリング法から放射情報を取得し、以下の式(A)に従って前方ゲインを計算することにより、前方ゲインの解析を実施した。
Claims (15)
- 発光ダイオード(LED)装置であって、
基板本体、該基板本体から突出する複数の一体化フィーチャ、および該複数の一体化フィーチャの間の空間によって画定されるベース表面を有する、パターン化基板であって、前記パターン化基板のアレイピッチは、50nm以上3.5μm以下である、パターン化基板と、
前記一体化フィーチャの表面に配置された誘電体材料を含む選択層であって、前記ベース表面上には前記選択層が存在しない、選択層と、
前記選択層上および前記ベース表面上の、III族-窒化物材料を含むIII族-窒化物層と、
を有する、LED装置。 - 前記選択層は、前記一体化フィーチャの表面の全ての部分に配置され、および/または
前記ベース表面の全ての部分には、前記選択層が存在しない、請求項1に記載のLED装置。 - 前記III族-窒化物材料は、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、またはそれらの組み合わせを含む、請求項1に記載のLED装置。
- 前記誘電体材料は、約1.2から約2の範囲の屈折率を有する低屈折率材料を含み、および/または
前記誘電体材料は、二酸化ケイ素、(SiO2)、窒化ケイ素(Si3N4)、またはこれらの組み合わせを含む、請求項1に記載のLED装置。 - 前記選択層は、20nmから400nmの範囲の厚さを有する、請求項1に記載のLED装置。
- さらに、前記一体化フィーチャの前記表面上および前記ベース表面上に、核発生材料を含む共形の核発生層を有し、
前記一体化フィーチャの前記表面上の前記核発生層は、前記選択層の下側にある、請求項1に記載のLED装置。 - 前記核発生材料は、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)、酸化亜鉛(ZnO)、またはこれらの組み合わせを含む、請求項6に記載のLED装置。
- 前記基板は、サファイア、スピネル、酸化亜鉛(ZnO)、酸化マグネシウム(MgO)、またはこれらの組み合わせの材料を含む、請求項1に記載のLED装置。
- 発光ダイオード(LED)装置であって、
基板本体、該基板本体から突出する複数の一体化フィーチャ、および該複数の一体化フィーチャの間の空間によって画定されるベース表面を有する、パターン化サファイア基板と、
前記一体化フィーチャの表面上および前記ベース表面上の共形の核発生層と、
前記共形の核発生層上の選択層であって、前記一体化フィーチャの上部に配置された二酸化ケイ素の誘電体材料を含み、前記ベース表面の上には、前記選択層が存在せず、前記選択層は、20nmから200nmの範囲の厚さを有する、選択層と、
前記選択層および前記ベース表面上の窒化ガリウム(GaN)材料を含むIII族-窒化物層と、
を有する、LED装置。 - 前記選択層は、前記一体化フィーチャの表面の全ての部分に配置され、および/または
前記ベース表面の全ての部分には、前記選択層が存在しない、請求項9に記載のLED装置。 - パターン化基板上に誘電体材料を含む選択層を形成するステップであって、
前記パターン化基板は、基板本体、該基板本体から突出する複数の一体化フィーチャ、および該複数の一体化フィーチャの間の空間によって画定されるベース表面を有し、
前記選択層は、該一体化フィーチャの表面に配置され、
前記パターン化基板のアレイピッチは、50nm以上3.5μm以下であり、
前記ベース表面上には、前記選択層が存在せず、これにより、選択層被覆基板が形成される、ステップと、
前記選択層被覆基板上に、III族-窒化物層をエピタキシャル成長させるステップと、
を有する、製造の方法。 - 前記選択層は、指向性成膜プロセスにより、前記誘電体材料を前記パターン化基板上に成膜するステップにより形成され、
前記指向性成膜プロセスは、前記複数の一体化フィーチャの表面上の成膜に対して選択的であり、
その後、エッチングステップにより、前記ベース表面から任意の誘電体材料が除去される、請求項11に記載の方法。 - 前記選択層は、前記一体化フィーチャの表面の全ての部分にある、請求項11に記載の方法。
- 前記ベース表面の全ての部分には、前記選択層が存在しない、請求項11に記載の方法。
- さらに、前記誘電体材料を成膜する前に、前記パターン化基板上に核発生層を成膜するステップを有する、請求項11に記載の方法。
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