JPH09107123A - 発光ダイオード - Google Patents

発光ダイオード

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JPH09107123A
JPH09107123A JP20268096A JP20268096A JPH09107123A JP H09107123 A JPH09107123 A JP H09107123A JP 20268096 A JP20268096 A JP 20268096A JP 20268096 A JP20268096 A JP 20268096A JP H09107123 A JPH09107123 A JP H09107123A
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フレッド・エー・キッシュ，ジュニア
Stephen A Stockman
ステファン・エー・ストックマン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光の放出及び光学特性が改善されたＬＥＤを提
供する。 【解決手段】本発明の一実施例によれば、光の放出及び
光学特性が改善された、とりわけ、上部表面からの発光
が増大したＴＳ（透明基板）ＬＥＤチップの製造方法、
及び、それによって製造されたＴＳ ＬＥＤが提供され
る。チップ内に非吸収性のＤＢＲ（分布ブラッグ・リフ
レクタ）を用いることにより、ＬＥＤの製造が可能にな
る。透明ＤＢＲは、チップ内の接触部のような吸収領域
から離れるように光の向きを直すので、ＬＥＤの光の放
出効率が高くなる。非吸収性ＤＢＲは、また、チップの
上部表面に向かうように光の向きを直すこともできるの
で、上部表面からの発光量及びパッケージＬＥＤの強度
が増すことになる。これらの利点は、光学的に非吸収性
の層によって実現され、ＴＳ ＬＥＤの利点が保たれ
る。これらの利点には、〜６の光のエスケープ・コー
ン、光のランダム化、及び、多光路光の放出が含まれ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、発光半導体デ
バイスの分野に関するものであり、とりわけ、透明基板
（「ＴＳ」）発光ダイオード（「ＬＥＤ」）に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】ＴＳ ＬＥＤの光の放出及び光学的特性
を改善するため、非吸収性分布ブラッグ・リフレクタ
（「ＤＢＲ」）が用いられる。結果得られるデバイス
は、既知のＴＳ ＬＥＤに比べると光束及び強度が増大
する。パッケージ化ＬＥＤは、それぞれ、屈折率の異な
る各種材料から製造される。屈折率は、通常、ｎで表さ
れるが、ｎは、ＬＥＤ半導体チップにおける〜３．５か
らＬＥＤチップのカプセル封じに用いられるエポキシに
おける〜１．５の範囲で変動する。屈折率のこの大きい
差によって、スネルの法則［θc＝ｓｉｎ-1（ｎ１／ｎ
２）］から明らかなように、ＬＥＤのエポキシからの全
内反射に関する臨界角が２５゜になる。全内反射に関す
るこの比較的小さい臨界角とＬＥＤチップ内における内
部吸光が組み合わせられると、ＬＥＤの外部量子効率が
その内部量子効率よりも大幅に低下する。これらの量の
比、すなわち、外部量子効率／内部量子効率は、ＬＥＤ
の放出効率と定義される。
【０００３】ＬＥＤチップの放出効率は、チップ構造に
最も強く影響される。各種ＬＥＤチップ構造、及び、そ
の臨界角によって決まる対応する光のエスケープ・コー
ンの概略が、図１ａ、図１ｂ、図１ｃ、及び、図１ｄに
示されている。これらの図のそれぞれにおいて、コーン
・モデルには、多光路光放出、内部吸収、及び、ランダ
ム化効果が含まれている。吸収性基板（「ＡＳ」）ＬＥ
Ｄチップの場合、エスケープ・コーン数は、透明ウイン
ドウの厚さに強く影響される。図１ａに示す薄い透明ウ
インドウ層（＜１０μｍ）を備えたＡＳ ＬＥＤのエス
ケープ・コーンは上部の１つだけしかない。図１ｂに示
すように、ウインドウ層の厚さが＞４０μｍまで増す
と、チップの側部からの作用によって、コーン数は３つ
まで増大する。光を放出する活性領域と基板の間に、Ｄ
ＢＲミラー、すなわち、屈折率の低い半導体層と高い半
導体層から成る多層スタックを配置することによって、
基板の吸光を最小限に抑えることが可能である。しか
し、ＤＢＲは、ほぼ垂直な入射光だけしか反射しない。
ＬＥＤの場合、光は活性領域から等方向に放出される。
従って、ＤＢＲミラーには、あらゆる角度の光が入射
し、その一部だけしか反射されないことになる。残りの
部分は、吸収性基板に通ることになる。ＤＢＲを備えた
典型的なＬＥＤの場合、垂直からの差が１５゜〜２５゜
未満の光だけしか反射されない。ＤＢＲによって反射さ
れるのは、底部のエスケープ・コーンの一部だけであ
る。図１ｃに示すＤＢＲを備えた既知の構造には、薄い
透明ウインドウが設けられており、この結果、最大２つ
のエスケープ・コーンが生じることになる。
【０００４】図１ｄに示す光を放出するための既知の最
良の構造は、６つのエスケープ・コーンが可能なＴＳ
ＬＥＤである。図２に示すように仕上がったＬＥＤラン
プにアセンブルされるこうしたＴＳ ＬＥＤチップ１０
は、一般に、反射性のＡｇを加えたエポキシ１２によっ
て反射性成形カップ１４に取り付けられる。この場合の
底部光コーンの一部が、チップ背面においてＡｇを加え
たエポキシから反射されると、捕捉される。
【０００５】以上の説明には、ＬＥＤ内における光の多
重反射事象またはランダム化が含まれていなかった。厚
い透明なウインドウ領域を備えたチップ、とりわけ、Ｔ
ＳＬＥＤの場合、フォトンが、吸収されずに、半導体表
面に対する多光路を形成することが可能であり、これら
のフォトンが脱出できる確率が増すことになる。内部反
射する光の方向のランダム化は、チップ表面またはチッ
プ内部における散乱の結果として生じ、図１ａ、１ｂ、
１ｃ、及び、１ｄの単光路モデルによって予測されるよ
りも多くの光の脱出が可能になる。これらの効果は重要
になる可能性がある。ＴＳ ＡｌＧａＡｓ ＬＥＤの場
合、最大放出効率は、０．２４になると計算されるの
で、ランダム化の効果は無視される。放出効率は、実験
により０．３０と推定され、２つの値の差は、光のラン
ダム化、及び、ＬＥＤチップからの多光路光の放出に起
因すると考えることが可能である。
【０００６】吸収性接触層／メタライゼーションからの
シャドーイングが、放出効率に影響を及ぼす可能性があ
る。金属接触部と半導体の間の合金接触部に設けられた
金属／半導体合金は吸収力が高い。非合金接触部は、一
般に、接触部に隣接して、多量にドープした吸収性半導
体層を必要とする。接触部を形成する大部分の方法は、
結果として、接触領域全体にわたって光を吸収すること
になる。酸化インジウム・スズ（「ＩＴＯ」）の透明接
触部の利用を含めて、こうした吸収を回避するため各種
方法が提案されている。これらは、一般に、接触抵抗、
製造可能性、または、信頼性に関する問題の結果とし
て、市販のＬＥＤでは実施されていない。
【０００７】光は、チップから抜け出した後、有効な放
射パターンをなすように集束させなければならない。一
般に、ＬＥＤは、ポリマー、通常は、レンズをなすよう
に整形されるエポキシにパッケージングされる。リフレ
クタ・カップ及びエポキシ・レンズの形状によって所望
の放射パターンが得られる。この比較的単純な光学系に
よって課せられる制限によって、チップのエッジまたは
側部から放出される光を放射パターンの中心に集束させ
るのが困難になる。これは、とりわけ、放射パターンの
ハーフ・パワーにおける全角が＜１５゜の、視角の狭い
ランプにあてはまる。チップ上部からの光は、集束させ
るのが比較的容易である。同じ光束を放出するチップの
場合、主として上部表面から放出するチップは、チップ
のエッジまたは側部からかなりの量の光が放出されるチ
ップに比べると、ランプ形態において、とりわけ、視角
の狭いランプの場合に、ピーク強度が高くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光の
放出及び光学特性が改善された、とりわけ、上部表面か
らの発光が増大したＴＳ ＬＥＤチップの製造方法、及
び、それによって製造されたＴＳ ＬＥＤを提供するこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】ＴＳ ＬＥＤ内に非吸収
性のＤＢＲを用いることによって、本書で解説するＬＥ
Ｄの製造が可能になる。非吸収性ＤＢＲは、チップ内に
おいて、吸収性領域、例えば、接触部から離れるように
光の向きを直すので、光の放出効率が高くなる。非吸収
性ＤＢＲは、また、チップの上部表面に向かうように光
の向きを直すこともできるので、上部表面からの発光量
及びパッケージＬＥＤの強度が増すことになる。これら
の利点は、光学的に非吸収性の層によって実現され、Ｔ
Ｓ ＬＥＤの利点が保たれる。これらの利点には、〜６
の光のエスケープ・コーン、光のランダム化、及び、多
光路光の放出が含まれる。
【００１０】次に、添付の図に関連して、本発明の詳細
な説明を行うことにする。
【００１１】
【実施例】図３ａは、従来のＴＳ ＬＥＤ２０の略図で
あり、図３ｂは、ＬＥＤ３０の活性領域３２の下に非吸
収性ＤＢＲ３１が配置されたＴＳ ＬＥＤ３０の略図で
ある。ＬＥＤ２０と３０のコンポーネントが同じ場合、
同じ番号を用いて、両方のコンポーネントが表示されて
いる。非吸収性ＤＢＲ３１は、ほぼ垂直な入射光を反射
して、吸収性の底部パターン化接触部３４から離す。Ｄ
ＢＲスタック３１は、光学的に非吸収性でなければなら
ない。すなわち、全ての構成層が、活性層３２によって
放出される光よりも大きい禁止帯幅エネルギを有してい
なければならない。この結果、垂直入射ではない光がＤ
ＢＲ３１を通過することが可能になり、ＴＳ ＬＥＤの
利点が保たれる。一般に、吸収性の背面接触部３４は、
ＬＥＤチップの背面領域の〜３０％に及んでいる。図１
に示す単光路光だけを考慮すると、ＤＢＲ３１は、ＬＥ
Ｄ２０の背面接触部によって吸収される光の向きを直す
ことによって（それぞれ、図３ａ及び３ｂにおける光跡
δ及びδ´を参照されたい）、全放出効率を少なくとも
〜７％向上させるはずである。この向きを直された光に
よって、上部面発光量が少なくとも〜１７％増大するは
ずであり、パッケージ・ランプ、とりわけ、視角の狭い
パッケージ・ランプのピーク強度が大幅に改善される。
これら視角の狭いランプは、上部面発光量によって強く
影響される。ここでの数字は、最初の光路における発光
だけしか考慮していない。改善される光放出及び増大す
る面発光の量は、多光路光を考慮すると、かなり多くな
る可能性がある。
【００１２】ピーク強度は、非吸収性ＤＢＲによってさ
らに改善することが可能である。図３ａに示す従来のＴ
Ｓ ＬＥＤ２０の場合、粗い背面２１から反射されるほ
ぼ垂直な入射光は、一般に散乱するので、上部表面では
なくチップのエッジから放出されることになる（図３ａ
の光跡βを参照されたい）。これは、半導体の背面の粗
さ及び／またはチップをダイ接着するために用いられる
Ａｇを加えた反射性エポキシの大きい粒子サイズ（図２
を参照されたい）によって生じる。図３ｂに示す非吸収
性ＤＢＲ３１は、ほぼ垂直な入射光を上部表面に向かっ
て反射するので、面反射が増大し、ピーク強度が改善さ
れることになる。
【００１３】ほとんどの場合、非吸収ＤＢＲは、発光領
域３２からほんの短い距離（＜１０μｍ）だけ間隔をあ
けて、活性領域の下に配置するのが最適である。この間
隔は、透明バッファ層３５を用いることによって得られ
る。これは、反射前に光が被る可能性のある吸収を最小
限に抑える働きをする。吸収が十分に抑えられる限りに
おいて、ＤＢＲは、透明基板と吸収性底部接触部３４の
間に配置することも可能である。特定のＴＳ ＬＥＤ構
造の場合、最適位置は、変動するか、あるいは、さらに
制限される可能性がある。例えば、もとの光学的に吸収
性の成長基板を除去し、このもとの基板の代わりに半導
体ウェーハ・ボンディングを利用したＴＳを用いること
によって、ＴＳ ＡｌＧａＩｎＰ ＬＥＤが、最近にな
って製造されるようになった。図４に示すこの場合に
は、ウェーハ・ボンディングを施した界面５３の上に非
吸収性ＤＢＲ５１を配置することによって、半導体ウェ
ーハ・ボンディングを施した界面５３に生じる可能性の
ある吸収または散乱が最小限に抑えられる。ウェーハ・
ボンディングを施したインターフェイスの下に非吸収性
のＤＢＲを配置する場合、インターフェイスは、吸収を
最小限に抑えるように製造することが望ましい。
【００１４】非吸収性ＤＢＲ層の横方向パターン形成を
用いて、ＴＳ ＬＥＤの特性をさらに向上させることが
可能である。図５ａ、５ｂ、及び、５ｃに示すように、
活性層６７の下にＤＢＲ６５を配置する場合、光の向き
が直されて、この吸収性領域に向かうのを回避するた
め、ＤＢＲを上部接触部６９のすぐ下に配置しないよう
にするのが有利と思われる。図５ａには、非パターン形
成ＤＢＲ、及び、それが、いかに光を反射して、上部接
触部に戻すかが示されている（図５ａの光跡γを参照さ
れたい）。必要なパターン形成は、パターン形成半導体
ウェーハ・ボンディング（図５ｂを参照されたい）、パ
ターン形成基板上におけるエピタキシャル成長（図５ｃ
を参照されたい）、マルチ・ステップ・エピタキシャル
成長技法、または、これらの技法の組み合わせによって
実施することが可能である。図５ｂ及び５ｃに示す例の
場合、上部接触部６９に向かうように向きを直された光
が、ここでは、チップの側部から送り出される（それぞ
れ、図５ｂ及び５ｃの光跡γ´及びγ″を参照された
い）。
【００１５】非吸収性ＤＢＲを組み込んだＴＳ ＬＥＤ
の場合、チップ内に散乱場所を追加するのが有利である
ことが分かっている。散乱場所は、チップ内において光
の向きを直し、ランダム化するのに役立つ。ランダム化
は、チップの底部からＤＢＲに入射する多光路光が、Ｄ
ＢＲを通って、チップから抜け出す（図４における光跡
βを参照されたい）ことができるようにするのに重要で
あると言える。こうした散乱場所は、パターン形成され
ているか、パターン形成されていないかはともかくとし
て、チップの粗い、すなわち、不均一な表面（化学エッ
チング、ラッピング、または、サンド・ブラスティング
といった技法によって形成される）、チップ内に形成さ
れたキャビティ、結晶組成／配向の変化、及び、エピタ
キシャル・ヘテロ構造から構成することができる。ＤＢ
Ｒによって向きを直された光の散乱が上部表面に向かう
のを回避するため、こうした散乱中心の最適な位置は、
非吸収性ＤＢＲ構造の下ということになる。
【００１６】追加非吸収性ＤＢＲをＴＳ ＬＥＤ構造内
に組み込むことによって、光の追加放出及び／またはチ
ップの望ましい領域に向ける光の再方向付けを実施する
ことが可能である。チップ内に複数のＤＢＲが形成され
る場合、１つ以上のＤＢＲのパターン形成及び／または
ＤＢＲ間における散乱中心の導入によって、チップ内に
ファブリー・ペロー・キャビティが形成される影響を最
小限に抑えることが必要になる可能性がある。これらの
キャビティは、光をチップ内に拘束する働きをする。一
般に、ＤＢＲは、吸収性領域とＬＥＤの活性層の間に配
置するのが望ましい。図６には、複数の非吸収性ＤＢＲ
を組み込んだＴＳ ＬＥＤの例が示されているが、この
場合、活性層７７と基板７９の間に配置されたＤＢＲ７
３に加えて、パターン形成されたＤＢＲ７４が、上部接
触層７６と活性層７７の間に配置されている。ＤＢＲ７
４は、吸収性の上部接触部に入射する光の量を減少させ
るので、ＬＥＤの放出効率が増すことになる。実際に
は、複数のＤＢＲの数および配置は、チップの構造及び
複雑さ、さらに、こうした構造を製造するのに必要なコ
ストによって決定されることになる。
【００１７】非吸収性ＤＢＲ及び活性領域が、パターン
形成された基板上またはパターン形成された表層上に成
長させられる場合、ＴＳ ＬＥＤチップの光学特性を向
上させることも可能である。図７ａ及び７ｂに示すよう
に、このパターン形成によって、〜４５゜の側壁を備え
たトレンチ８５（例えば、（１００）配向が施された基
板の｛１１１｝平面に従って）が形成される。これは、
標準的なエッチング技法を用いて実施することが可能で
ある。トレンチ８５が十分な深さに達すると、非吸収性
ＤＢＲ層８７及び活性層８９の成長によって、図７
（ａ）に示す構造と同様の構造が生じることになる。Ｄ
ＢＲ層８７によって、活性層８９に沿って導波される光
の向きを直し、〜４５゜のトレンチ８５に当てることに
よって、光をチップ表面に向け直すことが可能になる
（図７ａ及び７ｂの光跡δ及びδ´）。エピタキシャル
成長の速度は、異なる成長平面で成長させる場合、大幅
に変動する。従って、図７ａに示す構造の場合、非吸収
性ＤＢＲ８７は、公称４５゜の入射光の反射率が高くな
るように設計することが望ましい。他の結晶面に成長さ
せるＤＢＲ層は、厚さが大幅に異なり、ほぼ垂直な入射
光は反射しない（図７ａの光跡β）。この場合、図７ｂ
に示すパターン形成が施され、再成長させられたＤＢＲ
８７の下に、第２の非吸収性ＤＢＲ８３を用いるのが有
利な可能性がある。図７ａ及び７ｂに示すＴＳ ＬＥＤ
は、パターン形成された基板上で成長させる必要がある
が、ＴＳ構造は、透明基板上における活性層及びＤＢＲ
の直接成長、吸収性基板の除去が後続する吸収性基板上
における直接成長（透明層の全厚が５０μｍを超える）
によって、または、半導体ウェーハ・ボンディングによ
って実現可能である。他の非最適な場合には、側壁のパ
ターン形成は、他の平面にエッチングを施して、側壁が
４５゜とは異なるが（３０゜〜６０゜）、それでも光出
力が改善されるトレンチを形成することによって実施可
能である。
【００１８】パターン形成された基板上に非吸収性ＤＢ
Ｒ／活性層をエピタキシャル成長させることによる光の
再方向付けを大面積のチップに用いることによって、チ
ップの放出効率を増すことが可能である。こうしたＬＥ
Ｄが図８に示されている。エッジから放出される光の向
きを直して、チップ９０の表面９３に向けることができ
るようにするため、反復角度付きリフレクタ９１が、チ
ップを横切って配置されており、こうした光の脱出を可
能にしている。このエッジから放出される光は、一般に
小形のチップ（＜２０×２０ミル）の場合に抜け出す。
チップが大きくなると、このエッジから放出される光
は、チップのエッジに到達することができる前に吸収さ
れる可能性があり、結果として、放出効率が低下するこ
とになる。角度付きリフレクタは、各方向毎に２０ミル
未満の間隔をあけて配置し、大面積のチップが小面積の
チップのアレイとして作用するようにするのが望まし
い。
【００１９】チップ１００に、図９に示す活性領域１０
３と交差するか、または、それに近接する角度付きグル
ーブ１０１のエッチングを行うことによって、図８に示
すＬＥＤの製造に用いられる方法と同様の結果を実現す
ることが可能である。光は、これらの表面によって反射
され、チップから抜け出せるように、向きが直される。
これらのグルーブの反射率は、グルーブ表面に反射性金
属のコーティングを施すことによって改善することが可
能である。
【００２０】各種技法を利用して、ＴＳ ＬＥＤ構造に
おける非吸収性ＤＢＲを製造することが可能である。こ
れらの技法には、気相エピタキシ（「ＶＰＥ」）、液相
エピタキシ（「ＬＰＥ」）、金属有機化学蒸着（「ＭＯ
ＣＶＤ」）、分子ビーム・エピタキシ（「ＭＢＥ」）、
または、これらの組み合わせといった技法を利用して、
該デバイスの活性領域と共に、ＤＢＲをエピタキシャル
成長させることが含まれる。ＤＢＲ及びＬＥＤエピタキ
シャル層は、所望のチップ構造によって成長順序が決ま
る、単一または複数成長ステップによって形成すること
が可能である。さらに、非吸収性ＤＢＲを備えたＴＳ
ＬＥＤは、半導体ウェーハ・ボンディングによって形成
することが可能である。この場合、ＤＢＲは、エピタキ
シャル法によって透明基板上に成長させることが可能で
あり、その後、ＬＥＤエピタキシャル層に対して接着す
ることになる。代替案として、ＤＢＲ上にＬＥＤ構造を
成長させることが可能であり、その後で、透明基板に対
してこの組み合わせのウェーハ・ボンディングを行うの
が望ましい。この方法によれば、半導体ウェーハ・ボン
ディングを施した界面からの吸収が最小限に抑えられ、
ＤＢＲの下に、チップ内に形成されるキャビティまたは
ウェーハ・ボンディング技法による結晶組成／配向の局
部的変化を含む散乱中心を組み込むことが可能になる。
【００２１】本発明のＴＳ ＬＥＤには、さまざまなＤ
ＢＲ設計を用いることが可能である。これらには、標準
的な四分の一波長スタック、チャープ形スタック、中心
波長がオフセットした複数スタック、散在スタック、及
び、以上の任意の組み合わせが含まれるが、これらに限
定されるわけではない。この設計は、反射率、角捕捉、
材料特性、及び、該構造の成長及び実施に関する実際的
な考慮事項を含む、ＤＢＲの所望の特性に基づいて選択
するのが望ましい。
【００２２】ＤＢＲの全ての層が、光学的に非吸収性で
あることが理想である。しかし、こうした成長要件及び
バンド・オフセットのような実際的な考慮事項によれ
ば、ＤＢＲ構造の一部または全ての層において小量の吸
収を生じることが必要になる。従って、例えば、表面発
光の増大といったＤＢＲ構造の性能の利点は、こうした
構造に生じる吸収の増大に対して重み付けをしなければ
ならない。本書に解説の性能利点を可能にする最大全吸
収は、２５％未満が望ましい。ここで、全吸収は、全入
射角にわたる総和によって計算される、ＤＢＲによって
反射されない、すなわち、それを透過する全光と定義さ
れる。
【００２３】活性層の設計は、改良された光放出の実現
にとってもクリティカルである。図１０ａに概略を示す
ＴＳ ＡｌＧａＩｎＰ ＬＥＤ構造は、ＭＯＣＶＤによ
ってＧａＰ基板上にエピタキシャル成長させたＧａＰ／
Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｐ ＤＢＲを、もとの吸収性ＧａＡｓ基
板から除去された、厚さ１．２５μｍの活性層を備える
ＡｌＩｎＧａＰ ＬＥＤ構造にウェーハ・ボンディング
することによって製造されたものである。活性層の上の
厚さ５０μｍのＧａＰウインドウ層は、ＧａＡｓ基板の
除去前に、ＶＰＥによって成長させたものであり、これ
によって、デバイスにおける電流拡散、及び、ウェーハ
・ボンディング前の薄いＡｌＧａＩｎＰ活性層の取り扱
いが改善される。図１０ｂには、活性層のピーク放出波
長（５９０ｎｍ）において高反射率を示す、３０周期Ｇ
ａＰ／Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｐ ＤＢＲに関する気中入射反射
率スペクトルが示されている。ＬＥＤ構造のテストによ
って、ＤＢＲが存在する場合、放出される光のスペクト
ルに関して赤にわずかなシフトが生じるが、光放出全体
ではあまり改善が見られないことが分かった。分析から
明らかになったのは、ＤＢＲによって反射される光は、
活性層におけるバンド間吸収のために大幅に減衰すると
いうことである。
【００２４】吸収係数αが測定され、図１１ａにλ−λ
Peakの関数として作図されているが、ここで、λ
Peakは、活性層のピーク放出波長である。図１１ｂに
は、厚さ（Ｘ）が０．１０μｍ〜１．２５μｍの範囲の
活性層に関するλ−λPeakの関数として単一光路透過係
数ｅ-αXが示されている。この図から明らかなように、
吸収はＸ＞０．５μｍの場合に極めて強力である。Ｘ＝
１．２５μｍの場合、あまり吸収されずに活性層を通過
することができるのは、ＥＬスペクトルの長い波長のテ
ール（λ−λPeak＞５ｎｍ）だけであるため、ＤＢＲを
備えたデバイスにおいて観測される赤のシフトが考慮さ
れることになる。活性層における内部量子効率ηiが１
００％を大幅に下回る（この例の場合、約３０％）場
合、フォトンの再循環効果によって、ＤＢＲを備えたデ
バイスにおける光放出全体はほとんど増加しない。
【００２５】活性層における吸収の悪影響を最小限に抑
えるため、活性層の厚さは、０．５μｍ未満が望まし
い。活性層の厚さが０．３μｍまで減少すると、図１１
に示すように光の放出がさらに改善される。代替案とし
て、活性領域は、それぞれ、キャリヤの閉じ込めを改善
するため、段付きまたは傾斜付き禁止帯幅領域によって
包囲された、厚さ５００Å以下の１つ以上の量子井戸か
ら構成することが可能である。活性領域は、ηiの確率
で吸収光を再放出することによって、吸収効果を最小限
に抑えるため、できるだけ高い内部量子効率を備えてい
ることが望ましい。
【００２６】以上、本発明の実施例について詳述した
が、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
【００２７】[実施態様１]光を発生するための活性領域
と、前記活性領域の下に位置し、該活性領域が発生する
光に対して透明な基板（３３）と、前記活性領域の上に
位置し、該活性領域が発生する光に対して透明なウイン
ドウ層と、前記活性領域に電圧を印加する第１の接触部
および第２の接触部（３４）と、所定の入射角範囲内で
当る光を反射し、その範囲外で当る場合には、吸収を最
小限に抑えてその光を透過する、少なくとも１つの第１
の分布ブラッグ・リフレクタ（３１）と、を備えて成る
発光ダイオード（３０）。
【００２８】[実施態様２]前記分布ブラッグ・リフレク
タ（３１）が、活性領域（３２）によって放出された光
を２つの方向のうち少なくとも第１の方向に反射するこ
とと、該２つの方向が、前記発光ダイオードの吸光領域
から離れ、少なくとも第１の選択方向に向かうことを特
徴とする、実施態様１に記載の発光ダイオード（３
０）。
【００２９】[実施態様３]活性領域（３２）がＩｎ（Ａ
ｌＧａ）Ｐから構成され、基板（３３）がＧａＰから構
成され、分布ブラッグ・リフレクタ（３１）がＩｎXＡ
ｌYＧａZＰ（０＜Ｘ，Ｙ，Ｚ＜１）とＡｌX，Ｇａ1-X，
Ａｓ（０＜Ｘ’＜１）の任意の組み合わせによる多層ス
タックから構成されることを特徴とする、実施態様２に
記載のデバイス。
【００３０】[実施態様４]透明基板（３３）は、複数の
トレンチによってパターン形成され、ブラッグ・リフレ
クタ（３１）及び活性領域（３２）が、該パターン形成
された基板上に成長させられることを特徴とする、実施
態様２に記載の発光ダイオード（３０）。
【００３１】[実施態様５]前記トレンチの側壁が垂直か
ら４５゜の角度がついていることを特徴とする、実施態
様４に記載の発光ダイオード（３０）。
【００３２】[実施態様６]分布ブラッグ・リフレクタ
（３１）が、活性領域（３２）と、該活性領域に最も近
い表面及び該活性領域から最も遠い表面を含む基板の一
部のと間に配置されていることを特徴とする、実施態様
２に記載の発光ダイオード（３０）。
【００３３】[実施態様７]第２の分布ブラッグ・リフレ
クタ（７４）が、活性領域（３２）と、活性領域（３
２）に最も近い表面及び活性領域から最も遠い表面を含
む透明ウインドウの少なくとも一部との間に配置されて
いることを特徴とする、実施態様６に記載の発光ダイオ
ード（３０）。
【００３４】[実施態様８]基板（３３）が、分布ブラッ
グ・リフレクタ（３１）と活性領域（３２）の組み合わ
せに対しウェーハ・ボンディングされることを特徴とす
る、実施態様１に記載の発光ダイオード（３０）。
【００３５】[実施態様９]分布ブラッグ・リフレクタ
（３１）が、２つの方向のうち少なくとも第１の方向に
活性領域（３２）によって発生した光を反射すること
と、該２つの方向が、発光ダイオード（３０）の吸光領
域から離れ、少なくとも第１の選択方向に向かうことを
特徴とする、実施態様８に記載の発光ダイオード（３
０）。
【００３６】[実施態様１０]基板（３３）と活性領域
（３２）／リフレクタ（３１）の組み合わせとの間のウ
ェーハ結合に、散乱中心が組み込まれることを特徴とす
る、実施態様９に記載の発光ダイオード（３０）。
【００３７】[実施態様１１］基板（３３）と分布ブラ
ッグ・リフレクタ（３１）との組み合わせが、活性領域
（３２）にウェーハ・ボンディングされていることを特
徴とする、実施態様１に記載の発光ダイオード。
【００３８】［実施態様１２]分布ブラッグ・リフレク
タ（３１）が、２つの方向のうち少なくとも第１の方向
に活性領域（３２）によって発生した光を反射すること
と、該２つの方向が、発光ダイオード（３０）の吸光領
域から離れ、少なくとも第１の選択方向に向かうことを
特徴とする、実施態様１１に記載の発光ダイオード（３
０）。
【００３９】[実施態様１３]基板（３３）／リフレクタ
（３１）の組み合わせと活性領域（３２）との間のウェ
ーハ結合に、散乱中心が組み込まれることを特徴とす
る、実施態様１２に記載の発光ダイオード（３０）。
【００４０】[実施態様１４]透明基板（３３）による発
光ダイオード（３０）を製作するための方法において、
所定の入射角範囲内で当たる光を反射し、その範囲外で
当たる場合には、吸収を最小限に抑えて、その光を透過
させる、少なくとも第１の分布ブラッグ・リフレクタ
（３１）を製作するステップと、前記分布ブラッグ・リ
フレクタを発光ダイオード（３０）内に配置するステッ
プと、を備えて成る製作方法。
【００４１】[実施態様１５]分布ブラッグ・リフレクタ
（３１）が、発光ダイオード（３０）の活性領域（３
２）によって放出された光を２つの方向のうち少なくと
も第１の方向に反射することと、該２つの方向が、発光
ダイオード（３０）の吸光領域から離れ、少なくとも第
１の選択方向に向かうことを特徴とする、実施態様１４
に記載の製作方法。
【００４２】[実施態様１６]活性領域（３２）が、透明
基板（３３）と分布ブラッグ・リフレクタ（３１）との
組み合わせにウェーハ・ボンディングされていることを
特徴とする、実施態様１５に記載の製作方法。
【００４３】[実施態様１７]透明基板（３３）が、分布
ブラッグ・リフレクタ（３１）と活性領域（３２）との
組み合わせにウェーハ・ボンディングされていることを
特徴とする、実施態様１５に記載の製作方法。
【００４４】[実施態様１８]分布ブラッグ・リフレクタ
（３１）が、活性領域（３２）と、活性領域（３２）に
最も近い表面及び該活性領域から最も遠い表面を含む基
板の一部との間に配置されていることを特徴とする、実
施態様１４に記載の製作方法。
【００４５】[実施態様１９]第２のブラッグ・リフレク
タ（７４）が、活性領域（３２）と、活性領域（３２）
に最も近い表面及び活性領域から最も遠い表面を含む透
明ウインドウの少なくとも一部との間に配置されている
ことを特徴とする、実施態様１８に記載の製作方法。
【００４６】[実施態様２０]光を発生するための活性領
域（１０３）と、活性領域（１０３）の上に位置し、該
活性領域が発生する光に対して透明なウインドウ層と、
前記活性領域の下に位置し、該活性領域が発生する光に
対して透明な基板層（１００）と、前記活性領域に電圧
を印加する第１の接触部及び第２の接触部と、ウインド
ウ層及び活性領域を通して基板層に達する切削が施され
た複数のグルーブ（１０１）を有し、該グルーブは、ウ
インドウ層から貫通して基板層に至るまでにサイズが拡
大することと、該グルーブによって、活性領域で発生す
る光の向きが直されるということを特徴とする、発光ダ
イオード。
【００４７】[実施態様２１]グルーブ（１０１）にメタ
ライゼーションを施すことによって、活性領域からの光
の向きを直す能力が向上することを特徴とする、実施態
様２０に記載の発光ダイオード。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いるこ
とにより、光の放出及び光学特性が改善されたＴＳ Ｌ
ＥＤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】いくつかの異なる従来のＬＥＤ構造からの光
の放出を示す図である。
【図１ｂ】いくつかの異なる従来のＬＥＤ構造からの光
の放出を示す図である。
【図１ｃ】いくつかの異なる従来のＬＥＤ構造からの光
の放出を示す図である。
【図１ｄ】いくつかの異なる従来のＬＥＤ構造からの光
の放出を示す図である。
【図２】図１ｄに示すＬＥＤチップのための従来のパッ
ケージング・システムを示す図である。
【図３ａ】従来のＴＳ ＬＥＤを示す図である。
【図３ｂ】本発明に基づいて製造されたＴＳ ＬＥＤを
示す図である。
【図４】ウェーハ・ボンディングを施したＴＳを用いた
本発明の実施例を示す図である。
【図５ａ】非パターン形成ＤＢＲを示す図である。
【図５ｂ】ウェーハ・ボンディングを施したＴＳ ＬＥ
Ｄにおけるパターン形成ＤＢＲを示す図である。
【図５ｃ】エピタキシャル成長させたＴＳ ＬＥＤにお
けるパターン形成ＤＢＲを示す図である。
【図６】複数の非吸収性ＤＢＲを組み込んだＴＳ ＬＥ
Ｄを示す図である。
【図７ａ】パターン形成基板を備えたＴＳ ＬＥＤを示
す図である。
【図７ｂ】パターン形成基板及び非吸収性ＤＢＲを備え
たＴＳ ＬＥＤを示す図である。
【図８】パターン形成基板に成長させた、非吸収性ＤＢ
Ｒを備える大面積のＴＳ ＬＥＤを示す図である。
【図９】グルーブ付きリフレクタを備えたＴＳ ＬＥＤ
を示す図である。
【図１０ａ】非吸収性ＤＢＲを備えたＴＳ ＡｌＧａＩ
ｎＰ ＬＥＤの略図である。
【図１０ｂ】図１０ａに示すＤＢＲの気中入射反射率ス
ペクトルを示す図である。
【図１１ａ】ＡｌＩｎＧａＰ活性層に関するλ−λPeak
の関数として作図した吸収係数αのグラフである。
【図１１ｂ】さまざまな厚さのＡｌＩｎＧａＰ活性層に
関するλ−λPeakの関数としての単一光路透過係数ｅ
-αXのグラフである。
【符号の説明】
３０：ＴＳ ＬＥＤ ３１：非吸収性ＤＢＲ ３２：活性領域 ３４：吸収性底部接触部 ３５：透明バッファ層 ５１：非吸収性ＤＢＲ ５３：界面 ６５：ＤＢＲ ６７：活性層 ６９：上部接触部 ７４：ＤＢＲ ７７：活性層 ７９：基板 ８３：非吸収性ＤＢＲ ８５：トレンチ ８７：非吸収性ＤＢＲ ８９：活性層 ９０：チップ ９１：リフレクタ １００：チップ １０１：角度付きグルーブ １０３：活性領域

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光を発生するための活性領域と、 前記活性領域の下に位置し、該活性領域が発生する光に
    対して透明な基板と、 前記活性領域の上に位置し、該活性領域が発生する光に
    対して透明なウインドウ層と、 前記活性領域に電圧を印加する第１の接触部および第２
    の接触部と、 所定の入射角範囲内で当る光を反射し、その範囲外で当
    る場合には、吸収を最小限に抑えてその光を透過する、
    少なくとも１つの第１の分布ブラッグ・リフレクタと、 を備えて成る発光ダイオード。
JP20268096A 1995-08-10 1996-08-01 発光ダイオード Pending JPH09107123A (ja)

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