JPH06326353A - 閉空洞ｌｅｄとその製造方法 - Google Patents
閉空洞ｌｅｄとその製造方法Info
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- JPH06326353A JPH06326353A JP8523594A JP8523594A JPH06326353A JP H06326353 A JPH06326353 A JP H06326353A JP 8523594 A JP8523594 A JP 8523594A JP 8523594 A JP8523594 A JP 8523594A JP H06326353 A JPH06326353 A JP H06326353A
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Classifications
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/40—Materials therefor
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Computer Hardware Design (AREA)
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- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 両端に導電層（１４，１８）を有する短い空
洞ＬＥＤ（１４から１８）を形成する段階を含めた閉空
洞ＬＥＤを、基板（１２）の上に製造する方法。 【構成】 一つの導電層（１８）の上に透明導電材料層
（２０）を蒸着し、ガラス（２５）またはダイアモンド
膜を透明導電層（２０）の上に付着して、光出力領域を
画定し保護する。基板（１２）を除去して、誘電材料
（２７）および接点金属（３０，３２）により空洞の上
部および側面を被覆する。接点金属は、透明導電層（２
０）ともう一つの電気接点層（１４）と接触する。この
ため、反射体は、外部効率性を増大するために、光出力
領域を除く全方向において空洞を被覆する。
洞ＬＥＤ（１４から１８）を形成する段階を含めた閉空
洞ＬＥＤを、基板（１２）の上に製造する方法。 【構成】 一つの導電層（１８）の上に透明導電材料層
（２０）を蒸着し、ガラス（２５）またはダイアモンド
膜を透明導電層（２０）の上に付着して、光出力領域を
画定し保護する。基板（１２）を除去して、誘電材料
（２７）および接点金属（３０，３２）により空洞の上
部および側面を被覆する。接点金属は、透明導電層（２
０）ともう一つの電気接点層（１４）と接触する。この
ため、反射体は、外部効率性を増大するために、光出力
領域を除く全方向において空洞を被覆する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に発光ダイオード
（ＬＥＤ）に関し、さらに詳しくは光放射および効率性
が改良されたＬＥＤに関する。
（ＬＥＤ）に関し、さらに詳しくは光放射および効率性
が改良されたＬＥＤに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＥＤを構成する半導体材料の屈折率
（通常３から３．５）は、光が放射される空気の屈折率
（１）より大幅に大きいので、ＬＥＤの効率性は内部全
反射によって制限される。ＬＥＤ内の光分布を一般に、
ランベルト分布、または全方向性分布という。発生した
光がこのように大きな空間分布をとるので、特に光を光
ファイバなどの光伝導媒体と結合しようとする場合に
は、ごく少量の光しか効果的に利用できない。ＬＥＤな
どのランベルト光源を扱う場合には、ＬＥＤからファイ
バのコアまでの光結合を強化する方法として、現在数多
くの方法が利用できる。たとえば、球面レンズ，マイク
ロレンズ（microlense），gradient index lense（ＧＲ
ＩＮ）、回析格子はすべて有効に利用できる。しかしあ
いにく実際には、これらの技術はいずれも、同一入力電
流に対して発生する光の量を増大しない。
（通常３から３．５）は、光が放射される空気の屈折率
（１）より大幅に大きいので、ＬＥＤの効率性は内部全
反射によって制限される。ＬＥＤ内の光分布を一般に、
ランベルト分布、または全方向性分布という。発生した
光がこのように大きな空間分布をとるので、特に光を光
ファイバなどの光伝導媒体と結合しようとする場合に
は、ごく少量の光しか効果的に利用できない。ＬＥＤな
どのランベルト光源を扱う場合には、ＬＥＤからファイ
バのコアまでの光結合を強化する方法として、現在数多
くの方法が利用できる。たとえば、球面レンズ，マイク
ロレンズ（microlense），gradient index lense（ＧＲ
ＩＮ）、回析格子はすべて有効に利用できる。しかしあ
いにく実際には、これらの技術はいずれも、同一入力電
流に対して発生する光の量を増大しない。
【０００３】効率性が増すということは、同じ量の光を
システムに結合するのに電流が少なくて済む、したがっ
て、電力が少なくて済むことを意味する。より効率的な
ＬＥＤは光結合が増大し、結合設計および結合手順に関
する厳しい仕様が緩和され、結果的にシステムがより安
価になって製造しやすくなる。これらの理由から、ＬＥ
Ｄの効率性を増大できれば、応用技術におけるデバイス
の有用性が高まることを意味する。
システムに結合するのに電流が少なくて済む、したがっ
て、電力が少なくて済むことを意味する。より効率的な
ＬＥＤは光結合が増大し、結合設計および結合手順に関
する厳しい仕様が緩和され、結果的にシステムがより安
価になって製造しやすくなる。これらの理由から、ＬＥ
Ｄの効率性を増大できれば、応用技術におけるデバイス
の有用性が高まることを意味する。
【０００４】ＬＥＤの外部効率性を向上させる一つの方
法は、能動領域の向かい合う側面にミラー・スタックを
使用して、ＬＥＤ空洞の内側でフォトンの複数反射を提
供することである。この技術は、誘導放出が起こるほど
２つのミラー・スタックの反射性が充分に強いvertical
cavity surface emitting lasers （ＶＣＳＥＬ）への
適用には成功した。このようなミラー・スタックの設計
は、１９９１年１０月４日に出願され、米国特許出願番
号第０７／７７０，８４１号を付与されて同一譲受人に
譲渡された"Superluminescent Surface Light Emitting
Device"と題する関連米国特許出願において開示され
た、スーパールミネセントＬＥＤを作るのに利用でき
る。
法は、能動領域の向かい合う側面にミラー・スタックを
使用して、ＬＥＤ空洞の内側でフォトンの複数反射を提
供することである。この技術は、誘導放出が起こるほど
２つのミラー・スタックの反射性が充分に強いvertical
cavity surface emitting lasers （ＶＣＳＥＬ）への
適用には成功した。このようなミラー・スタックの設計
は、１９９１年１０月４日に出願され、米国特許出願番
号第０７／７７０，８４１号を付与されて同一譲受人に
譲渡された"Superluminescent Surface Light Emitting
Device"と題する関連米国特許出願において開示され
た、スーパールミネセントＬＥＤを作るのに利用でき
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】スーパールミネセント
ＬＥＤと標準ＬＥＤとのいちばんの違いは、光出力の空
間分布が大幅に狭くなっており、ファイバー，導波管な
どより効率の高い光結合が可能なことである。ＶＣＳＥ
Ｌでは、光の空間分布は極めて狭い。現在、ＬＥＤは、
適正量の光が光ファイバーと結合するように充分な光を
発生するために大量の駆動電流を必要とする。効率性が
改良されれば、光の所要量が少なくなり、したがって、
発生する熱の量も少なくなる。このため、効率性が改良
されたＬＥＤは、結果的に、商業用途でのＬＥＤの適用
性を増大する。
ＬＥＤと標準ＬＥＤとのいちばんの違いは、光出力の空
間分布が大幅に狭くなっており、ファイバー，導波管な
どより効率の高い光結合が可能なことである。ＶＣＳＥ
Ｌでは、光の空間分布は極めて狭い。現在、ＬＥＤは、
適正量の光が光ファイバーと結合するように充分な光を
発生するために大量の駆動電流を必要とする。効率性が
改良されれば、光の所要量が少なくなり、したがって、
発生する熱の量も少なくなる。このため、効率性が改良
されたＬＥＤは、結果的に、商業用途でのＬＥＤの適用
性を増大する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの目的は、
発光特性が改良され、効率性が改良された閉空洞（clos
ed cavity ）ＬＥＤを提供することである。
発光特性が改良され、効率性が改良された閉空洞（clos
ed cavity ）ＬＥＤを提供することである。
【０００７】本発明のさらなる目的は、閉空洞ＬＥＤの
製造方法を提供することである。
製造方法を提供することである。
【０００８】上記およびその他の問題は、主表面を有す
る第１基板を設ける段階、および複数の材料層を第１基
板の主表面上に蒸着してＬＥＤを形成する段階を含む、
閉空洞ＬＥＤを製造する方法において実現される。この
複数の層は、２つの導電層を有して蒸着され、前記２つ
の導電層のうち第１導電層は、第１基板の主表面に接し
てその上に位置する形で、複数の層の一つの側面の上に
形成され、前記２つの導電層のうち第２導電層は複数の
層の反対側に形成される。第２導電層はさらに、発光領
域を画定する。ついで、実質的に光を透過する導電材料
層を、前記発光領域に対し上に位置する形で、第２導電
層と電気的に接触する形で、第２導電層の上に蒸着す
る。保護的光透過性基板を、透明導電層の上に位置する
形で固着する。第１基板を除去し、これにより、第１導
電層を露出させる。複数の材料層の一部を除去して、Ｌ
ＥＤの側面を画定し露出する。誘電材料層を、ＬＥＤの
露出面の上に、また第１導電層および透明導電層の露出
部分の上に位置する形で蒸着する。第１および第２接点
領域の開口部を、誘電材料層を貫通して、それぞれ第１
導電層および材料の透明導電材料層に達するまで設け、
また電気接点材料層を、誘電材料層の上に、また第１導
電層および透明導電材料層と接触する前記開口部の第１
および第２接点領域の中に蒸着して、ＬＥＤの第１およ
び第２外部電気接点を形成し、発光領域を除く、ＬＥＤ
の全側面の上に反射体を形成する。
る第１基板を設ける段階、および複数の材料層を第１基
板の主表面上に蒸着してＬＥＤを形成する段階を含む、
閉空洞ＬＥＤを製造する方法において実現される。この
複数の層は、２つの導電層を有して蒸着され、前記２つ
の導電層のうち第１導電層は、第１基板の主表面に接し
てその上に位置する形で、複数の層の一つの側面の上に
形成され、前記２つの導電層のうち第２導電層は複数の
層の反対側に形成される。第２導電層はさらに、発光領
域を画定する。ついで、実質的に光を透過する導電材料
層を、前記発光領域に対し上に位置する形で、第２導電
層と電気的に接触する形で、第２導電層の上に蒸着す
る。保護的光透過性基板を、透明導電層の上に位置する
形で固着する。第１基板を除去し、これにより、第１導
電層を露出させる。複数の材料層の一部を除去して、Ｌ
ＥＤの側面を画定し露出する。誘電材料層を、ＬＥＤの
露出面の上に、また第１導電層および透明導電層の露出
部分の上に位置する形で蒸着する。第１および第２接点
領域の開口部を、誘電材料層を貫通して、それぞれ第１
導電層および材料の透明導電材料層に達するまで設け、
また電気接点材料層を、誘電材料層の上に、また第１導
電層および透明導電材料層と接触する前記開口部の第１
および第２接点領域の中に蒸着して、ＬＥＤの第１およ
び第２外部電気接点を形成し、発光領域を除く、ＬＥＤ
の全側面の上に反射体を形成する。
【０００９】上記およびその他の問題は、閉空洞ＬＥＤ
において実現され、この閉空洞ＬＥＤは、第１導電形の
第１導電層，第１導電層の上に配置される第１導電形の
第１被覆層，第１被覆層の上に配置される能動層，能動
層の上に配置される第２導電形の第２被覆層，および第
２被覆層の上に配置される第２導電形の第２導電層を含
む複数の材料層であって、前記複数の材料層はＬＥＤの
側面を画定し、第２導電層はさらに発光領域を画定する
複数の材料層；発光領域に対し上に位置し、また第２導
電層と電気的に接触する形で、第２導電層の上に配置さ
れる実質的に光を透過する導電材料層；透明導電層の上
に位置する形で配置される保護的光透過基板；ＬＥＤの
側面の上に、また第１導電層および透明導電層の露出部
分の上に位置する形で配置される誘電材料層；誘電材料
層を貫通して、それぞれ第１導電層および透明導電材料
層まで伸びる第１および第２接点領域；およびＬＥＤの
第１および第２外部電気接点を形成するため、また発光
領域を除くＬＥＤの全側面の上に反射体を形成するため
に、誘電材料層の上に、また導電層および透明導電材料
層と接触する前記開口部の第１および第２接点領域の中
に配置される電気接点材料層を含む。
において実現され、この閉空洞ＬＥＤは、第１導電形の
第１導電層，第１導電層の上に配置される第１導電形の
第１被覆層，第１被覆層の上に配置される能動層，能動
層の上に配置される第２導電形の第２被覆層，および第
２被覆層の上に配置される第２導電形の第２導電層を含
む複数の材料層であって、前記複数の材料層はＬＥＤの
側面を画定し、第２導電層はさらに発光領域を画定する
複数の材料層；発光領域に対し上に位置し、また第２導
電層と電気的に接触する形で、第２導電層の上に配置さ
れる実質的に光を透過する導電材料層；透明導電層の上
に位置する形で配置される保護的光透過基板；ＬＥＤの
側面の上に、また第１導電層および透明導電層の露出部
分の上に位置する形で配置される誘電材料層；誘電材料
層を貫通して、それぞれ第１導電層および透明導電材料
層まで伸びる第１および第２接点領域；およびＬＥＤの
第１および第２外部電気接点を形成するため、また発光
領域を除くＬＥＤの全側面の上に反射体を形成するため
に、誘電材料層の上に、また導電層および透明導電材料
層と接触する前記開口部の第１および第２接点領域の中
に配置される電気接点材料層を含む。
【００１０】
【実施例】図、特に図１を参照して、本発明による閉空
洞ＬＥＤ１０の形成における初期段階を示す。ＬＥＤ１
０を構成する種々の層を形成するのに適した材料から成
る基板１２を設ける。一般に、各種の層はエピタキシャ
ル蒸着によって形成され、エピタキシャル蒸着はＭＢ
Ｅ，ＭＯＣＶＤ，ＣＢＥなどの周知の技術によって達成
される。これらの技術によって、ガリウム・ひ素，アル
ミニウム・ガリウム・ひ素，アルミニウム・ひ素，シリ
コン，インジウム・ガリウム・ひ素などの材料から成る
比較的薄い層および比較的厚い層のエピタキシャル蒸着
が可能になる。層１３は、本発明でより詳細に説明する
ように、基板１２の上部表面の上に蒸着されて、エッチ
ング・ストップ（etch stop ）層として使用する。導電
層１４は、第１導電形を生じるように不純物により高濃
度でドーピング（doping）され、層１３の上に蒸着され
る。本発明により理解されるが、層１４は高濃度でドー
ピングされ、ＬＥＤ１０の外部電気接点と発光部分との
間に良好な電気接続を設ける。
洞ＬＥＤ１０の形成における初期段階を示す。ＬＥＤ１
０を構成する種々の層を形成するのに適した材料から成
る基板１２を設ける。一般に、各種の層はエピタキシャ
ル蒸着によって形成され、エピタキシャル蒸着はＭＢ
Ｅ，ＭＯＣＶＤ，ＣＢＥなどの周知の技術によって達成
される。これらの技術によって、ガリウム・ひ素，アル
ミニウム・ガリウム・ひ素，アルミニウム・ひ素，シリ
コン，インジウム・ガリウム・ひ素などの材料から成る
比較的薄い層および比較的厚い層のエピタキシャル蒸着
が可能になる。層１３は、本発明でより詳細に説明する
ように、基板１２の上部表面の上に蒸着されて、エッチ
ング・ストップ（etch stop ）層として使用する。導電
層１４は、第１導電形を生じるように不純物により高濃
度でドーピング（doping）され、層１３の上に蒸着され
る。本発明により理解されるが、層１４は高濃度でドー
ピングされ、ＬＥＤ１０の外部電気接点と発光部分との
間に良好な電気接続を設ける。
【００１１】層１５は層１４の上に蒸着され、ＬＥＤ１
０内に、第１導電形の被覆領域を形成する。層１５は、
不純物により低濃度でドーピングされ、第１導電形を生
じる。３層非ドープ材料層１６は共働して、ＬＥＤ１０
の能動領域を提供する。第２被覆層１７はこの能動領域
の上部表面の上に蒸着され、不純物により低濃度でドー
ピングされ、第２導電形を生じる。能動領域を形成する
層１６と、その上下の被覆層１５，１７とが、ＬＥＤ１
０の発光部分を形成する。層１５，１６，１７は、一般
にＬＥＤの空洞と称されるものを形成し、ＬＥＤ１０の
発光部分である。ＬＥＤの本実施例では、内部自由キャ
リア・ロス（carrier loss）が小さくなって、これによ
り効率性を増すように、空洞は極めて短く作られる。
０内に、第１導電形の被覆領域を形成する。層１５は、
不純物により低濃度でドーピングされ、第１導電形を生
じる。３層非ドープ材料層１６は共働して、ＬＥＤ１０
の能動領域を提供する。第２被覆層１７はこの能動領域
の上部表面の上に蒸着され、不純物により低濃度でドー
ピングされ、第２導電形を生じる。能動領域を形成する
層１６と、その上下の被覆層１５，１７とが、ＬＥＤ１
０の発光部分を形成する。層１５，１６，１７は、一般
にＬＥＤの空洞と称されるものを形成し、ＬＥＤ１０の
発光部分である。ＬＥＤの本実施例では、内部自由キャ
リア・ロス（carrier loss）が小さくなって、これによ
り効率性を増すように、空洞は極めて短く作られる。
【００１２】第２導電層１８は、層１７の上部表面の上
に蒸着される。層１８は不純物により高濃度でドーピン
グされて第２導電形を生じ、ＬＥＤ１０の外部電気接点
と発光部分との間に良好な電気接続を設ける。
に蒸着される。層１８は不純物により高濃度でドーピン
グされて第２導電形を生じ、ＬＥＤ１０の外部電気接点
と発光部分との間に良好な電気接続を設ける。
【００１３】図１に示す具体的構造例では、基板１２
は、ガリウム・ひ素（ＧａＡｓ）によって形成される。
層１３は、６０％アルミニウムを含有するアルミニウム
・ガリウム・ひ素（ＡｌＧａＡｓ）によって形成され、
約０．５マイクロメートルの厚さに蒸着されるが、２０
０オングストロームほど薄くもできる。層１４は、１０
０％ガリウムを含有するガリウム・ひ素（ＧａＡｓ）に
よって形成され、Ｐ形ドーパントでドーピングされて、
Ｐ＋形のＧａＡｓを提供する。層１４は約０．０５マイ
クロメートルの厚さに蒸着され、２×１０19ｃｍ-3のド
ーパント濃度でドーピングされる。層１５は、３０％ア
ルミニウムを含有するアルミニウム・ガリウム・ひ素
（ＡｌＧａＡｓ）によって形成され、Ｐ形ドーパントに
よってドーピングされ、Ｐ＋形のＧａＡｓを提供する。
層１４は約０．０５マイクロメートルの厚さに蒸着さ
れ、２×１０19ｃｍ-3のドーパント濃度でドーピングさ
れる。層１５は、３０％のアルミニウムを含有するアル
ミニウム・ガリウム・ひ素（ＡｌＧａＡｓ）によって形
成され、Ｐ形ドーパントによってドーピングされ、Ｐ形
アルミニウム・ガリウム・ひ素を提供する。層１５は約
０．５マイクロメートルの厚さに蒸着され、３×１０17
ｃｍ-3のドーパント濃度でドーピングされる。能動領域
を形成する３つの層１６については、外側の２つの層
は、約１００オングストロームの厚さに蒸着された非ド
ープ・ガリウム・ひ素（ＧａＡｓ）によって形成され、
中央の層は、約１００オングストロームの厚さに蒸着さ
れる非ドープ・インジウム・ガリウム・ひ素（ＩｎＧａ
Ａｓ）によって形成され、通常２０％のインジウムを含
有する。放射光の波長は９２０ナノメートルを超え（Ｇ
ａＡｓにおいて吸収されないほど充分な長さ）、この実
施例では、約９６０ナノメートルである。層１７は第２
被覆層を形成しており、層１５と同様の厚さおよびドー
ピング含有量で形成され、シリコンなどのＮ形ドーパン
トでドーピングされる。層１８は、第２導電層であり、
１００％ガリウムを含有するガリウム・ひ素（ＧａＡ
ｓ）を約０．０５マイクロメートルの厚さに蒸着し、こ
れを５×１０18ｃｍ-3の濃度でＮ形ドーパントでドーピ
ングすることによって形成される。
は、ガリウム・ひ素（ＧａＡｓ）によって形成される。
層１３は、６０％アルミニウムを含有するアルミニウム
・ガリウム・ひ素（ＡｌＧａＡｓ）によって形成され、
約０．５マイクロメートルの厚さに蒸着されるが、２０
０オングストロームほど薄くもできる。層１４は、１０
０％ガリウムを含有するガリウム・ひ素（ＧａＡｓ）に
よって形成され、Ｐ形ドーパントでドーピングされて、
Ｐ＋形のＧａＡｓを提供する。層１４は約０．０５マイ
クロメートルの厚さに蒸着され、２×１０19ｃｍ-3のド
ーパント濃度でドーピングされる。層１５は、３０％ア
ルミニウムを含有するアルミニウム・ガリウム・ひ素
（ＡｌＧａＡｓ）によって形成され、Ｐ形ドーパントに
よってドーピングされ、Ｐ＋形のＧａＡｓを提供する。
層１４は約０．０５マイクロメートルの厚さに蒸着さ
れ、２×１０19ｃｍ-3のドーパント濃度でドーピングさ
れる。層１５は、３０％のアルミニウムを含有するアル
ミニウム・ガリウム・ひ素（ＡｌＧａＡｓ）によって形
成され、Ｐ形ドーパントによってドーピングされ、Ｐ形
アルミニウム・ガリウム・ひ素を提供する。層１５は約
０．５マイクロメートルの厚さに蒸着され、３×１０17
ｃｍ-3のドーパント濃度でドーピングされる。能動領域
を形成する３つの層１６については、外側の２つの層
は、約１００オングストロームの厚さに蒸着された非ド
ープ・ガリウム・ひ素（ＧａＡｓ）によって形成され、
中央の層は、約１００オングストロームの厚さに蒸着さ
れる非ドープ・インジウム・ガリウム・ひ素（ＩｎＧａ
Ａｓ）によって形成され、通常２０％のインジウムを含
有する。放射光の波長は９２０ナノメートルを超え（Ｇ
ａＡｓにおいて吸収されないほど充分な長さ）、この実
施例では、約９６０ナノメートルである。層１７は第２
被覆層を形成しており、層１５と同様の厚さおよびドー
ピング含有量で形成され、シリコンなどのＮ形ドーパン
トでドーピングされる。層１８は、第２導電層であり、
１００％ガリウムを含有するガリウム・ひ素（ＧａＡ
ｓ）を約０．０５マイクロメートルの厚さに蒸着し、こ
れを５×１０18ｃｍ-3の濃度でＮ形ドーパントでドーピ
ングすることによって形成される。
【００１４】図２を参照して、実質的に光を透過する導
電材料層２０は、層１８の上に、また層１８と電気的に
接触する形で蒸着される。一般に層２０は、透明導電材
料である周知のindium-tin-oxide（ＩＴＯ）材料によっ
て形成されるが、透明導電材料であるcadmium-tin-oxid
e （ＣＴＯ）など他の材料も利用できることを理解され
たい。保護的光透過基板２５は、層２０の上に固着さ
れ、本発明で説明するように、ＬＥＤ１０の光出力領域
を形成する。保護的光透過基板２５は、ガラス，サファ
イア，ダイアモンドなどの比較的硬い物質で形成され、
エポキシなどの粘着層２２によって適所に固着される。
出力される光は、層２０および基板２５を通して透過さ
れるので、粘着層２２も実質的に光透過性であり、たと
えば、商業的に利用できるいずれのクリヤ硬化（clear
curing）エポキシも可能である。「固着」という語は、
保護的光透過基板と関連して使用される場合、成長工
程，蒸着工程，付着工程を含むことを意図しており、
「保護的光透過基板」という語は、かかる工程の結果を
含むことを理解されたい。たとえば、ガラス基板２５の
代わりに、１９９２年７月７日に付与された"Depositio
n of Diamond Films on Semiconductor Substrates" と
題する米国特許第５，１２８，００６号に記載された方
法と同様の方法で蒸着されるダイアモンドもしくは炭素
状ダイモンドの光透過膜を使用することも可能である。
電材料層２０は、層１８の上に、また層１８と電気的に
接触する形で蒸着される。一般に層２０は、透明導電材
料である周知のindium-tin-oxide（ＩＴＯ）材料によっ
て形成されるが、透明導電材料であるcadmium-tin-oxid
e （ＣＴＯ）など他の材料も利用できることを理解され
たい。保護的光透過基板２５は、層２０の上に固着さ
れ、本発明で説明するように、ＬＥＤ１０の光出力領域
を形成する。保護的光透過基板２５は、ガラス，サファ
イア，ダイアモンドなどの比較的硬い物質で形成され、
エポキシなどの粘着層２２によって適所に固着される。
出力される光は、層２０および基板２５を通して透過さ
れるので、粘着層２２も実質的に光透過性であり、たと
えば、商業的に利用できるいずれのクリヤ硬化（clear
curing）エポキシも可能である。「固着」という語は、
保護的光透過基板と関連して使用される場合、成長工
程，蒸着工程，付着工程を含むことを意図しており、
「保護的光透過基板」という語は、かかる工程の結果を
含むことを理解されたい。たとえば、ガラス基板２５の
代わりに、１９９２年７月７日に付与された"Depositio
n of Diamond Films on Semiconductor Substrates" と
題する米国特許第５，１２８，００６号に記載された方
法と同様の方法で蒸着されるダイアモンドもしくは炭素
状ダイモンドの光透過膜を使用することも可能である。
【００１５】図３を参照して、図２の構造を倒置位置で
示す。加えて基板１２を除去した。一般に、基板１２を
除去する最も単純な手順は、エッチングで除去すること
である。このため、この具体例では、エッチング・スト
ップ層１３が設けられた。この実施例では、たとえば、
ＮＨ4 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ2 を含むウェット・エッチングを利
用して、ＧａＡｓ基板１２を除去する。基板１２は、ド
ライ・プラズマ・エッチングおよびhot chlorine chemi
stry、ならびに他の多くの周知のエッチングを使用して
除去できることを理解されたい。図３に示す構造では、
層１３も除去された。これも単純なエッチングにより除
去できる。層１３に対しては同じエッチングではうまく
いかないが、ＨＦなどのエッチング剤は利用できる。エ
ッチング・ストップ層１３は、単に便宜上含まれる選択
的層であり、オペレータがエッチング工程（もしくは他
の除去工程）を適正に制御できると想定される場合に
は、層１２を除去する必要条件ではない。
示す。加えて基板１２を除去した。一般に、基板１２を
除去する最も単純な手順は、エッチングで除去すること
である。このため、この具体例では、エッチング・スト
ップ層１３が設けられた。この実施例では、たとえば、
ＮＨ4 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ2 を含むウェット・エッチングを利
用して、ＧａＡｓ基板１２を除去する。基板１２は、ド
ライ・プラズマ・エッチングおよびhot chlorine chemi
stry、ならびに他の多くの周知のエッチングを使用して
除去できることを理解されたい。図３に示す構造では、
層１３も除去された。これも単純なエッチングにより除
去できる。層１３に対しては同じエッチングではうまく
いかないが、ＨＦなどのエッチング剤は利用できる。エ
ッチング・ストップ層１３は、単に便宜上含まれる選択
的層であり、オペレータがエッチング工程（もしくは他
の除去工程）を適正に制御できると想定される場合に
は、層１２を除去する必要条件ではない。
【００１６】図３の構造に、複数の層（層１４，１５，
１６，１７，１８）の一部を除去する段階を付加して、
ＬＥＤ１０を画定し、その側面を露出するものを図４に
示す。一般には、この除去工程もエッチングによって実
行され、この例では、層２０が適切なエッチング・スト
ップ層を提供する。図４に示すように、層１５，１６，
１７はＬＥＤ１０の空洞を形成し、層１４，１８は空洞
と電気的に接触して、充分な電流を投入するように配置
される導電層である。
１６，１７，１８）の一部を除去する段階を付加して、
ＬＥＤ１０を画定し、その側面を露出するものを図４に
示す。一般には、この除去工程もエッチングによって実
行され、この例では、層２０が適切なエッチング・スト
ップ層を提供する。図４に示すように、層１５，１６，
１７はＬＥＤ１０の空洞を形成し、層１４，１８は空洞
と電気的に接触して、充分な電流を投入するように配置
される導電層である。
【００１７】図４の構造に、誘電層２７を構造表面の上
に蒸着する段階を付加したものを、図５に示す。この実
施例では、窒化シリコン（ＳｉＮ）層が蒸着されるが、
適する誘電体はいずれも利用できる。
に蒸着する段階を付加したものを、図５に示す。この実
施例では、窒化シリコン（ＳｉＮ）層が蒸着されるが、
適する誘電体はいずれも利用できる。
【００１８】層２７の蒸着後、バイアすなわち接点領域
が、層２７を貫通して開けられ、層１４，２０の表面領
域を露出する。一般に、接点領域を開けるには、層２７
を周知の方法でマスキングおよびエッチングする。層１
４，２０の表面領域が露出された状態で、電気接点材料
が蒸着され、外部電気接点３０，３２を形成する。接点
３０は、導電層１４を通してＬＥＤ１０の空洞の一つの
側面と電気的に接続され、接点３２は、導電層２０，１
８を通してＬＥＤ１０の空洞の反対側の側面と電気的に
接続される。開示した具体的実施例では、接点３０，３
２はともにＰ形金属によって形成されるが、個々の用途
では接点３０，３２の一つもしくは両方をＮ形金属によ
って形成できることを理解されたい。Ｐ形金属の一部の
具体例にはＴｉＷもしくはＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉが含まれ、
Ｎ形金属の一部の具体例には、Ｎｉ／Ｇｅ／Ａｕもしく
はＮｉ／Ｇｅ／Ｗが含まれる。当業者に周知の接点金属
は他に数多くある。
が、層２７を貫通して開けられ、層１４，２０の表面領
域を露出する。一般に、接点領域を開けるには、層２７
を周知の方法でマスキングおよびエッチングする。層１
４，２０の表面領域が露出された状態で、電気接点材料
が蒸着され、外部電気接点３０，３２を形成する。接点
３０は、導電層１４を通してＬＥＤ１０の空洞の一つの
側面と電気的に接続され、接点３２は、導電層２０，１
８を通してＬＥＤ１０の空洞の反対側の側面と電気的に
接続される。開示した具体的実施例では、接点３０，３
２はともにＰ形金属によって形成されるが、個々の用途
では接点３０，３２の一つもしくは両方をＮ形金属によ
って形成できることを理解されたい。Ｐ形金属の一部の
具体例にはＴｉＷもしくはＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉが含まれ、
Ｎ形金属の一部の具体例には、Ｎｉ／Ｇｅ／Ａｕもしく
はＮｉ／Ｇｅ／Ｗが含まれる。当業者に周知の接点金属
は他に数多くある。
【００１９】記載した個々の例では、接点３０を形成す
る電気接点材料はＬＥＤ１０の上部と側面全体の上（誘
電層２７の外側）に蒸着され、反射層を形成して、ＬＥ
Ｄ１０から光が発する方向、すなわち、層２０，２２，
２５（図６の下方）を通して光が発する方向を除く、Ｌ
ＥＤ内の全方向に光（フォトン）を反射する。この実施
例では電気接点材料が反射層として利用されるが、必要
に応じて、または個々の用途に対して他の材料も利用で
きることを理解されたい。全方向的に発せられた光は、
層２０，２２，２５を通してＬＥＤ１０から発すること
ができるので、ＬＥＤの外部効率性が大幅に改良され
る。また先に説明したように、ＬＥＤ１０の空洞は、内
部自由キャリア・ロスが小さくなるように極めて短く作
られる。このため、発光特性が改良され、効率性が改良
された閉空洞ＬＥＤが開示される。また動作を大幅に単
純化する閉空洞ＬＥＤの製造方法が開示される。
る電気接点材料はＬＥＤ１０の上部と側面全体の上（誘
電層２７の外側）に蒸着され、反射層を形成して、ＬＥ
Ｄ１０から光が発する方向、すなわち、層２０，２２，
２５（図６の下方）を通して光が発する方向を除く、Ｌ
ＥＤ内の全方向に光（フォトン）を反射する。この実施
例では電気接点材料が反射層として利用されるが、必要
に応じて、または個々の用途に対して他の材料も利用で
きることを理解されたい。全方向的に発せられた光は、
層２０，２２，２５を通してＬＥＤ１０から発すること
ができるので、ＬＥＤの外部効率性が大幅に改良され
る。また先に説明したように、ＬＥＤ１０の空洞は、内
部自由キャリア・ロスが小さくなるように極めて短く作
られる。このため、発光特性が改良され、効率性が改良
された閉空洞ＬＥＤが開示される。また動作を大幅に単
純化する閉空洞ＬＥＤの製造方法が開示される。
図面を参照する場合、図全体を通して、同様の部材は同
様の記号で示す。
様の記号で示す。
【図１】本発明による閉空洞ＬＥＤを作成する各種の段
階を示す。
階を示す。
【図２】本発明による閉空洞ＬＥＤを作成する各種の段
階を示す。
階を示す。
【図３】本発明による閉空洞ＬＥＤを作成する各種の段
階を示す。
階を示す。
【図４】本発明による閉空洞ＬＥＤを作成する各種の段
階を示す。
階を示す。
【図５】本発明による閉空洞ＬＥＤを作成する各種の段
階を示す。
階を示す。
【図６】本発明による閉空洞ＬＥＤを作成する各種の段
階を示す。
階を示す。
１０ ＬＥＤ １２ 基板 １３ エッチング・ストップ層 １４ 導電層 １５ 第１被覆層 １６ 能動層 １７ 第２被覆層 １８ 第２導電層 ２０ 実質的に光を透過する導電材料層 ２２ 粘着層 ２５ 保護的光透過基板 ２７ 誘電層 ３０，３２ 外部電気接点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クレイ・エー・ガオ アメリカ合衆国アリゾナ州スコッツデー ル、ノース・81番・プレース8912
Claims (4)
- 【請求項１】 閉空洞ＬＥＤを製造する方法であって：
主表面を有する第１基板（１２）を設ける段階；前記第
１基板の前記主表面の上に複数の材料層（１４から１
８）を蒸着して、ＬＥＤを形成する段階であって、前記
複数の層は２つの導電層（１４，１８）を有して蒸着さ
れ、前記２つの導電層のうち第１導電層１４は、前記第
１基板（１２）の前記主表面に接してその上に位置する
形で、前記複数の層（１４から１８）の一方の側面の上
に形成され、前記２つの導電層のうち第２導電層（１
８）は前記複数の層（１４から１８）の反対側の側面の
上に形成され、前記第２導電層はさらに発光領域を画定
する段階；実質的に光を透過する導電材料層（２０）
を、前記発光領域に対し上に位置する形で、また前記第
２導電層と電気的に接触する形で、前記第２導電層（１
８）の上に蒸着する段階；保護的光透過基板（２５）
を、前記透明導電層（２０）に対し上に位置する形で固
着する段階；前記第１基盤（１２）を除去して、前記第
１導電層（１４）を露出する段階；前記複数材料層（１
４から１８）の一部を除去し、これによりＬＥＤの側面
が画定される段階；誘電材料層（２７）を、前記ＬＥＤ
の側面の上に、また前記第１導電層（１４）および前記
透明導電層（２０）の露出部分の上に位置する形で蒸着
する段階；第１および第２接点領域（３０，３２）の開
口部を、前記誘電材料層（２７）を貫通して、それぞれ
前記第１導電層（１４）および前記透明導電材料層（２
０）に達するまで設ける段階；および、 電気接点材料層（３０，３２）を、前記誘電材料層（２
７）の上に、また前記第１導電層（１４）および透過導
電材料層（２０）と接触する前記開口部の第１および第
２接点領域（３０，３２）の中に蒸着して、前記ＬＥＤ
の第１および第２外部電気接点（３０，３２）を形成
し、前記発光領域を除く前記ＬＥＤの全側面の上に反射
体を形成する段階；によって構成される製造方法。 - 【請求項２】 閉空洞ＬＥＤを製造する方法であって：
主表面を有する第１基板（１２）を設ける段階；第１導
電形の第１被覆層（１４）を前記第１基板の前記主表面
の上に蒸着する段階，第１導電形の第１被覆層（１５）
を前記第１導電層（１４）の上に蒸着する段階，能動層
（１６）を前記第１被覆層（１５）の上に蒸着する段
階，第２導電形の第２被覆層（１７）を前記能動層（１
６）の上に蒸着する段階，および前記第２導電形の第２
導電層（１８）を前記第２被覆層（１７）の上に蒸着す
る段階であって、前記第２導電層（１８）はさらに発光
領域を画定する段階を含む、複数の材料層（１４から１
８）を蒸着してＬＥＤを形成する段階；実質的に光を透
過する導電材料層（２０）を、前記発光領域に対し上に
位置する形で、また前記第２導電層と電気的に接触する
形で、前記第２導電層（１８）の上に蒸着する段階；保
護的光透過基板（２５）を、前記透過導電層に対し上に
位置する形で固着する段階；前記第１基板（１２）を除
去して、前記第１導電層（１４）を露出する段階；前記
複数の材料層（１４から１８）の一部をエッチングし
て、これによりＬＥＤの側面が画定される段階；誘電材
料層（２７）を、前記ＬＥＤの側面の上に、また前記第
１導電層（１４）および前記透明導電層（２０）の露出
部分の上に位置する形で、蒸着する段階；第１および第
２接点領域（３０，３２）の開口部を、前記誘電材料層
（２７）を貫通して、それぞれ前記第１導電層（１４）
および前記透明導電材料層（２０）に達するまで設ける
段階；および電気接点材料層（３０，３２）を、前記誘
電材料層（２７）の上に、また前記第１導電層（１４）
および前記透明導電材料層（２０）と接触する前記開口
部の第１および第２接点領域の中に蒸着して、前記ＬＥ
Ｄの第１および第２外部電気接点（３０，３２）を形成
し、発光領域を除くＬＥＤの全側面の上に反射体を形成
する段階；によって構成されることを特徴とする製造方
法。 - 【請求項３】 閉空洞ＬＥＤであって：第１導電形の第
１導電層（１４），前記第１導電層（１４）の上に配置
される前記第１導電形の第１被覆層（１５），前記第１
被覆層（１５）の上に配置される能動層（１６），前記
能動層（１６）の上に配置される第２導電形の第２被覆
層（１７），および前記第２被覆層（１７）の上に配置
される前記第２導電形の第２導電層（１８）を含む複数
の材料層（１４から１８）であって、前記複数の材料層
（１４から１８）はＬＥＤの側面を画定し、前記第２導
電層（１８）はさらに発光領域を画定する複数の材料
層；前記発光領域に対し上に位置し、また前記第２導電
層（１８）と電気的に接触する形で、前記第２導電層
（１８）の上に配置される実質に光を透過する導電材料
層（２０）；前記透明導電層（２０）の上に位置する形
で配置される保護的光透過基板（２５）；前記ＬＥＤの
側面の上に、また前記第１導電層（１４）および前記透
明導電層（２０）の露出部分の上に位置する形で配置さ
れる誘電材料層（２７）；前記誘電材料層（２７）を通
って、それぞれ前記第１導電層（１４）および前記透明
導電材料層（２０）まで伸びる第１および第２接点領域
（３０，３２）；および前記ＬＥＤの第１および第２外
部電気接点（３０，３２）を形成するため、また前記発
光領域を除く前記ＬＥＤの全側面の上に反射体を形成す
るために、前記誘電材料層（２７）の上に、また前記第
１導電層（１４）および前記透明導電材料層（２０）と
接触する前記開口部の第１および第２接点領域の中に、
配置される電気接点材料層（３０，３２）；によって構
成されることを特徴とする閉空洞ＬＥＤ。 - 【請求項４】 閉空洞ＬＥＤであって：第１導電形の第
１導電層（１４），前記第１導電層（１４）の上に配置
される前記第１導電形の第１被覆層（１５），前記第１
被覆層（１５）の上に配置される能動層（１６），前記
能動層（１６）の上に配置される第２導電形の第２被覆
層（１７），および前記第２被覆層（１７）の上に配置
される前記第２導電形の第２導電層（１８）を含む複数
の材料層（１４から１８）であって、前記複数の材料層
（１４から１８）はＬＥＤの側面を画定し、前記第２導
電層はさらに発光領域を画定する複数の材料層（１４か
ら１８）；前記発光領域に対し上に位置する形で、また
前記第２導電層（１８）と電気的に接触する形で、前記
第２導電層（１８）の上に配置される実質的に光を透過
する導電材料層（２０）；前記透明導電層（２０）の上
に位置する形で配置される保護的光透過基板（２５）；
前記ＬＥＤの側面の上に、また前記第１導電層（１４）
および前記透明導電層（２０）の露出領域の上に位置す
る形で配置される誘電材料層（２７）；誘電材料層（２
７）を通って、それぞれ前記第１導電層（１４）および
前記透明導電材料層（２０）まで伸びる第１および第２
接点領域（３０，３２）；前記ＬＥＤの第１および第２
外部電気接点（３０，３２）を形成するため、前記第１
導電層（１４）および前記透明導電材料層（２０）と接
触する前記第１および第２接点領域内に配置される電気
接点材料（３０，３２）；および前記発光領域を除く前
記ＬＥＤの全側面の上に反射体を形成するために、前記
誘電材料層の上に配置される反射材料層；によって構成
されることを特徴とする閉空洞ＬＥＤ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/044,787 US5358880A (en) | 1993-04-12 | 1993-04-12 | Method of manufacturing closed cavity LED |
| US044787 | 1993-04-12 |
Publications (2)
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