三次元発光デバイス及びその製造方法
【課題】垂直に位置がずれた活性領域を備えた三次元のLED構造を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップは、基板１０と、基板１０の上に形成されたメサ２５と、メサ２５により露出した基板１０の上面に形成された第１のＬＥＤ構造１と、メサ２５の上面に形成された第２のＬＥＤ構造２とを有する。ＬＥＤ構造１、２は、それぞれｎ型層３０１、３０２、活性領域４０１、４０２及びｐ型層５０１、５０２を含む。基板１０は、一体領域１０２、分離領域１９２及び傾斜領域１２２を備え、ＬＥＤ構造１、２は、分離領域１９２においては互いに分離しているが、一体領域１０２においては、各層が１つに結合している。
【解決手段】ＬＥＤチップは、基板１０と、基板１０の上に形成されたメサ２５と、メサ２５により露出した基板１０の上面に形成された第１のＬＥＤ構造１と、メサ２５の上面に形成された第２のＬＥＤ構造２とを有する。ＬＥＤ構造１、２は、それぞれｎ型層３０１、３０２、活性領域４０１、４０２及びｐ型層５０１、５０２を含む。基板１０は、一体領域１０２、分離領域１９２及び傾斜領域１２２を備え、ＬＥＤ構造１、２は、分離領域１９２においては互いに分離しているが、一体領域１０２においては、各層が１つに結合している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光デバイス、特に、垂直に位置がずれた活性領域を備え、自己吸収が減少され、かつ高い光取り出しを有する発光デバイスに関する。本発明はまた、垂直に位置がずれた活性領域を備えた発光デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光デバイスは、積層構造から構成されており、即ち、LEDチップなどの発光構造における各層は、通常、いずれも連続層であり、同じ平面に位置し、かつ、異なる組成及び導電型の層を積層することによって、その構造は層ごとに形成される。LEDなど従来の発光デバイスは普通、平坦な基板、基板上に形成された連続するｎ型層、ｎ型層上に形成された連続する活性領域及び活性領域上に形成された連続するｐ型層を含んでいる。陰極および陽極が、それぞれｎ層及びｐ層に接続される。このようなLEDは、二次元（2D）LEDと略称される。二次元LEDに関するいくつかの限定が、本願の発明者らによって提案されている。まず、本発明者らが2010年4月16日に出願した米国特許出願公開第12/761,708号明細書（その内容は、引用によって全体がここに組み込まれる）に記載したように、従来の二次元LEDは、横方向の導波路効果があるため、ｎ型層、活性領域及びｐ型層、特に活性領域に強い光の自己吸収が発生する。第二に、連続する積層構造は、ｎ型層、活性層及びｐ型層のひずみ緩和に不利に働く。第三に、III-V族窒化物及びII-VI族酸化物などの圧電材料にとって、連続する積層構造に蓄積されたひずみは、活性領域内の発光効率を損なわせる。
【０００３】
文献には、上記の二次元LEDに関する制限を緩和する改善策があり、粗面処理（最終の表面の連続性を変更すること、例えば米国特許明細書第7,422,962号明細書、第7,355,210号明細書）、基板のパターニング（初期表面の連続性を変更すること、例えば米国特許第7,683,386号明細書）、及びフォトニック結晶導入（活性領域付近の層の連続性を変更すること、例えば米国特許第5,955,749号明細書、第7,166,870号明細書、第7,615,398号明細書第7,173,289号明細書第7,642,108号明細書、第7,652,295号明細書、第7,250,635号明細書）などの方法が、従来、紹介されている。本発明者らが2010年6月25日に出願した米国特許出願No.12/824,097号（その内容は、引用によって全体がここに組み込まれる）では、活性領域の位置をずらして従来の積層構造を変えることを提案し、任意で、非平面な表面への活性領域の成長も、米国特許出願公開第2006/0060833号明細書において提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、従来の二次元LED構造の課題を克服または軽減するために、垂直に位置がずれた活性領域を備えた三次元（3D）LED構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、三次元LEDのエピタキシャル構造は、非平面基板または少なくとも２組の垂直にずれた表面を含むテンプレート層から始まる。第２の組の表面は、LED構造の成長方向において、垂直な距離だけ第１の組の表面と離れている。第１の組の表面は、それぞれ側壁により第２の組の表面と接続されている。側壁は、傾斜していたり、垂直であったり、またはその他の適当な形状であることができ、また、第１の組の表面に堆積された第１のLED構造のｎ型層、活性領域またはｐ型層などの層と、第２の組の表面に堆積された第２のLED構造のｎ型層、活性領域またはｐ型層などの対応する層とが、側壁により分離されるように十分な高さを有している。つまり、ｎ型層、活性領域及びｐ型層は、第１の組の表面から第２の組の表面へ、側壁を越えて連続して成長していない。上記の２組の表面は、重なり合っている部分を共有していてもよいし共有していなくてもよい。つまり、２組の表面は、LEDチップのある領域においては垂直にずれているが、他の領域では１つの表面に結合されている。エピタキシャル成長の際、第１のLED構造は、第１の表面上に堆積され、第２のLED構造は、第２の表面上に堆積される。LED構造は、ｎ型層、活性領域及びｐ型層を少なくとも含んでいる。２組の表面間の垂直距離は、第１のLED構造のｐ型層が第２のLED構造のｎ型層に達して接触するように選択することができる。また、当該垂直距離は、第１のLED構造のｐ型層が第２のLED構造のｎ型層に達しも接触もしないように、つまり第１のLED構造と第２のLED構造とが互いに完全に分離するように選択することもできる。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、発光ダイオード（LED）チップが提供され、そのLEDチップは、
一体領域、分離領域及びそれらの間の傾斜領域を含む基板と、
基板の上に形成されたメサであって、前記メサの上面が、前記分離領域において前記メサにより露出された基板の上面と垂直にずれており、前期分離領域において前記メサにより露出された基板の上面が、前記傾斜領域の斜面を介して、前記一体領域における前記メサの上面と接続するようにされたメサと、
前記分離領域においてメサにより露出された基板の上面に形成された第１のLED構造、及び前記分離領域においてメサの上面に形成された第２のLED構造であって、第１のLED構造は、第１のｎ型層、第１の活性領域及び第１のｐ型層を含んでおり、第２のLED構造は、第２のｎ型層、第２の活性領域及び第２のｐ型層を含んでおり、第１のLED構造及び第２のLED構造は、分離領域において互いに分離しているが、一体領域においては、第１のｎ型層と第２のｎ型層とが１つのｎ型層に結合され、第１の活性領域と第２の活性領域とが１つの活性領域に結合され、第１のｐ型層と第２のｐ型層とが１つのｐ型層に結合されるようにされた第１及び第２のLED構造と、を有している。
【０００７】
メサは、基板の一部分であってもよい。
【０００８】
発光ダイオード（LED）チップは、基板とメサの間にテンプレート層をさらに含んでおり、メサはテンプレート層上に形成され、メサの上面は分離領域において露出したテンプレート層の上面と垂直にずれ、分離領域において露出したテンプレート層の上面は、傾斜領域の斜面を介して一体領域のメサの上面と接続され、第１のLED構造は、分離領域において露出したテンプレート層の上面に成長されていてもよい。
【０００９】
メサは、テンプレート層の一部分であってもよいし、または絶縁層であってもよい。
【００１０】
メサは、絶縁性上層、中間層及び底層を含んでいてもよく、基板の上に第１のLED構造の第１のｎ型層が成長される場合、中間層はその側壁を介して第１のｐ型層及び第１の活性領域と接し、かつ底層は、その側壁を介して第１の活性領域及び第１のｎ型層と接し、一方、基板の上に第１のLED構造の第１のｐ型層が成長される場合、中間層はその側壁を介して第１のｎ型層及び第１の活性領域と接し、かつ底層は、その側壁を介して第１の活性領域及び第１のｐ型層と接する。
【００１１】
基板の上に第１のLED構造の第１のｎ型層が成長される場合は、中間層が絶縁層で、かつ底層がｎ型層であるか、または中間層がｐ型層で、かつ底層が絶縁層である。一方、基板の上に第１のLED構造の第１のｐ型層が成長される場合は、中間層が絶縁層で、かつ底層がｐ型層であるか、または中間層がｎ型層で、底層が絶縁層である。
【００１２】
発光ダイオード（LED）チップは、傾斜領域にギャップをさらに有し、傾斜領域で第１のLED構造と第２のLED構造を分離させてもよい。
【００１３】
本発明の一態様によれば、発光ダイオード（LED）チップが提供され、それは、
一体領域、分離領域及びそれらの間に位置する傾斜領域を含む、エピタキシャル成長用の基材であって、少なくとも、第１の表面の組及びそれと垂直にずれた第２の表面の組を分離領域に含んでおり、第１の表面と第２の表面は、傾斜領域の斜面を介して一体領域において１つの表面に結合されるようにされた基材と、
分離領域の第１の表面に形成された第１のLED構造及び分離領域の第２の表面に形成された第２のLED構造であって、第１のLED構造は、第１のｎ型層、第１の活性領域及び第１のｐ型層を含み、第２のLED構造は、第２のｎ型層、第２の活性領域及び第２のｐ型層を含み、第１のLED構造と第２のLED構造は、分離領域で互いに分離しているが、一体領域では、傾斜領域の斜面を介して、第１のｎ型層と第２のｎ型層が１つのｎ型層に結合され、第１の活性領域と第２の活性領域が１つの活性領域に結合され、第１のｐ型層と第２のｐ型層が１つのｐ型層に結合されるようにされた第１および第２のLED構造と、を有する。
【００１４】
第１の表面と第2の表面は、側壁、好ましくは垂直な側壁によって接続されている。
【００１５】
基材は、単一の基板でよい。基材は、垂直にずれた上面を備えた基板と、この基板に倣って形成されたテンプレート層とを含むこともできる。基材は、平担な基板と、垂直にずれた上面を備えたテンプレート層とを含むこともできる。基材は、平担な基板と、基板の上に形成された所定のパターンのメサとを含むこともできる。基材は、平担な基板と、基板の上に形成された平担なテンプレート層と、平坦なテンプレート層の上に形成された所定のパターンのメサとを含み、分離領域のメサの上面が第２の表面を構成し、分離領域においてメサによって露出されたテンプレート層の上面が第１の表面を構成してもよい。
【００１６】
メサは、絶縁性上層、中間層及び底層を含むことができ、基材の上に第１のLED構造の第１のｎ型層が成長される場合、中間層はその側壁を介して第１のｐ型層及び第１の活性領域と接し、かつ底層は、その側壁を介して第１の活性領域及び第１のｎ型層と接し、一方、基材の上に第１のLED構造の第１のｐ型層が成長される場合、中間層はその側壁を介して第１のｎ型層及び第１の活性領域と接し、かつ底層は、その側壁を介して第１の活性領域及び第１のｐ型層と接する。
【００１７】
基材の上に第１のLED構造の第１のｎ型層が成長される場合、中間層が絶縁層で、かつ底層がｎ型層であるか、または中間層がｐ型層で、かつ底層が絶縁層である。一方、基材の上に第１のLED構造の第１のｐ型層が成長される場合、中間層が絶縁層で、かつ底層がｐ型層であるか、または中間層がｎ型層で、かつ底層が絶縁層である。
【００１８】
発光ダイオード（LED）チップは、傾斜領域にギャップをさらに有し、傾斜領域で第１のLED構造と第２のLED構造を分離させてもよい。
【００１９】
本発明の一態様によれば、発光ダイオード（LED）チップが提供され、それは、
基板と、
基板の上に形成されたメサであって、その上面が、メサにより露出された基板の上面と垂直にずれるようにされたメサと、
メサにより露出された基板の上面に形成された第１のLED構造及びメサの上面に形成された第２のLED構造であって、第１のLED構造は、第１のｎ型層、第１の活性領域及び第１のｐ型層を含み、第２のLED構造は、第２のｎ型層、第２の活性領域及び第２のｐ型層を含む第１および第２のLED構造とを有し、
基板とメサの上に第１のｎ型層と第２のｎ型層が成長される場合、第１のｐ型層はその側壁を介して第２のｎ型層と接し、基板とメサの上に第１のｐ型層と第２のｐ型層が成長される場合、第１のｎ型層はその側壁を介して第２のｐ型層と接する。
【００２０】
メサは、基板の一部分であってもよい。
【００２１】
発光ダイオード（LED）チップは、基板とメサの間にテンプレート層をさらに含み、テンプレート層上にメサが形成され、メサの上面が、メサにより露出されたテンプレート層の上面と垂直にずれ、メサにより露出されたテンプレート層の上面に第１のLED構造が形成されてもよい。
【００２２】
メサは、テンプレート層の一部分であってもよい。
【００２３】
メサは、上層及び底層を含み、基板とメサの上に第１のｎ型層と第２のｎ型層が成長される場合、上層は、その側壁を介して第１のｐ型層及び第１の活性領域と接し、底層は、その側壁を介して第１の活性領域及び第１のｎ型層と接し、上層が絶縁層で、かつ底層がｎ型層であるか、または上層がｐ型層で、かつ底層が絶縁層である。一方、基板とメサの上に第１のｐ型層と第２のｐ型層が成長される場合、上層は、その側壁を介して第１のｎ型層及び第１の活性領域と接し、底層は、その側壁を介して第１の活性領域及び第１のｐ型層と接し、上層が絶縁層で、かつ底層がｐ型層であるか、または上層がｎ型層で、かつ底層が絶縁層である。
【００２４】
本発明の一態様によれば、発光ダイオード（LED）が提供され、それは、
基板と、
基板の上に形成されたメサであって、その表面が、メサにより露出された基板の上面と垂直にずれているメサと、
メサにより露出された基板の上面に形成された第１のLED構造及びメサの上面に形成された第２のLED構造であって、メサにより完全に分離されている第１のLED構造および第２のLED構造とを有する。
【００２５】
メサは、基板の一部分であってもよい。
【００２６】
発光ダイオード（LED）チップは、基板とメサの間にさらにテンプレート層を含み、テンプレート層にメサが形成され、メサの上面が、メサにより露出されたテンプレート層の上面と垂直にずれており、メサにより露出されたテンプレート層の上面に第１のLED構造が形成されてもよい。
【００２７】
メサは、テンプレート層の一部分であってもよい。
【００２８】
メサは、絶縁性上層及び底層を含み、基板とメサの上に第１のｎ型層と第２のｎ型層が成長される場合、上層は、その側壁を介して第１のｐ型層及び第１の活性領域と接し、底層は、その側壁を介して第１の活性領域及び第１のｎ型層と接し、底層はｎ型層または絶縁層であり、一方、基板とメサの上に第１のｐ型層と第２のｐ型層が成長される場合、上層は、その側壁を介して第１のｎ型層及び第１の活性領域と接し、底層は、その側壁を介して第１の活性領域及び第１のｐ型層と接し、底層はｐ型層または絶縁層であってもよい。
【００２９】
本発明の一態様によれば、発光デバイスの製造方法が提供され、その方法は、
一体領域、分離領域及びそれらの間の傾斜領域を有する基板を用意することと、
基板の上にメサを形成することであって、メサの上面が、分離領域においてメサにより露出された基板の上面に対して垂直にずれ、分離領域においてメサにより露出された基板の上面が、一体領域のメサの上面と、傾斜領域の斜面を介して接続されるようにすることと、
メサと基板の上にLED構造を堆積して、分離領域において、メサにより露出された基板の上面に第１のLED構造を形成し、メサの上面に第２のLED構造を形成することであって、第１のLED構造と第２のLED構造は、分離領域において互いに分離しているが、一体領域においては１つのLED構造に結合され、第１のLED構造は、第１のｎ型層、第１の活性領域及び第１のｐ型層を含み、第2のLED構造は、第2のｎ型層、第2の活性領域及び第2のｐ型層を含むようにすることとを含む。
【００３０】
LED構造を堆積するステップは、
メサと基板の上にｎ型層を堆積して、分離領域において、メサにより露出された基板の上面に第１のｎ型層を形成し、メサの上に第２のｎ型層を形成することと、
ｎ型層の上に活性領域を堆積して、第１のｎ型層の上に第１の活性層を形成し、第２のｎ型層の上に第２の活性領域を形成することと、
活性領域の上にｐ型層を堆積して、第１の活性領域の上に第１のｐ型層を形成し、第２の活性領域の上に第２のｐ型層を形成すること、とを含み、
一体領域においては、傾斜領域を介して、第１のｎ型層と第２のｎ型層とを１つのｎ型層に結合し、第１の活性領域と第２の活性領域とを１つの活性領域に結合し、第１のｐ型層と第２のｐ型層とを１つのｐ型層に結合する。
【００３１】
当該製造方法は、メサを形成する前に、基板の上にテンプレート層を堆積し、メサがテンプレート層の上に形成されるようにすることをさらに含んでもよい。
【００３２】
メサを形成するステップは、
テンプレート層の上にメサを堆積することと、
メサをパターニングおよびエッチングして、所定のパターンに形成することと、
メサとテンプレート層の上に保護層を形成するが、傾斜領域においてテンプレート層とメサの側壁を露出させることと、
傾斜領域の、露出したテンプレート層とメサの側壁に、傾斜した上面を備えた膜を成長させることと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態による、直列接続されたLED構造を備えたLEDチップの模式的断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による、直接接続されたLED構造を備えたLEDチップの模式的斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による、並列接続されたLED構造を備えたLEDチップの模式的断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態によるLEDチップにおける電気的接続の様々な方法を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態によるLEDチップにおける電気的接続の様々な方法を示す図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による、１つのLED構造に結合したLED構造を備えたLEDチップの模式的斜視図である。
【図５Ｂ】傾斜領域においてLED構造間にギャップが存在する、本発明の他の実施形態による、１つのLED構造に結合したLED構造を備えたLEDチップの模式的透視図である。
【図５Ｃ】LED構造が１つのLED構造に結合し、傾斜領域においてLED構造間にギャップが存在する、本発明の一実施形態によるLEDチップにおけるLED構造の模式的上面図である。
【図５Ｄ】LED構造が１つのLED構造に結合し、傾斜領域においてLED構造間にギャップが存在する、本発明の他の実施形態によるLEDチップにおけるLED構造の模式的上面図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態にによるLEDチップにおいて、LED構造を成長させるための、基板の高い表面と低い表面とを連絡する傾斜の形成方法を説明する図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態にによるLEDチップにおいて、LED構造を成長させるための、基板の高い表面と低い表面とを連絡する傾斜の形成方法を説明する図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態によるLEDチップにおいて、LED構造を成長させるための、基板の高い表面と低い表面とを連絡する傾斜の他の形成方法を説明する図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態によるLEDチップにおいて、LED構造を成長させるための、基板の高い表面と低い表面とを連絡する傾斜の他の形成方法を説明する図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態によるLEDチップの模式的断面図である。
【図８Ｂ】低いｎ型層の上に追加の陰極接点を備えた、図８Aに示すLEDチップの模式的断面図である。
【図８Ｃ】薄膜構造を備えた、本発明の一実施形態によるLEDチップの模式的断面図である。
【図９Ａ】本発明の種々の実施形態によるLEDチップにおけるLED構造の種々のパターンを示す模式的上面図である。
【図９Ｂ】本発明の種々の実施形態によるLEDチップにおけるLED構造の種々のパターンを示す模式的上面図である。
【図９Ｃ】本発明の種々の実施形態によるLEDチップにおけるLED構造の種々のパターンを示す模式的上面図である。
【図９Ｄ】本発明の種々の実施形態によるLEDチップにおけるLED構造の種々のパターンを示す模式的上面図である。
【図９Ｅ】本発明の種々の実施形態によるLEDチップにおけるLED構造の種々のパターンを示す模式的上面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による、ウエハー上へのLEDチップの配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の更なる理解を提供し、本願に組み込まれ、かつ本願の一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を示し、詳細な説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。図面における同様の番号は、全体を通して同様の要素を参照し、層は、同じ機能に関連する層の組を参照する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態によるLEDチップまたはLEDチップの一部の模式的断面図を示す。図１に示すLEDチップは、基板10、および任意でテンプレート層20を含む。ここでは、テンプレート層は、基板の上に堆積された１つまたは複数の十分に厚いエピタキシャル層を意味する。III-V族窒化物発光デバイスの分野では、基板は、サファイヤ、シリコン、ガリウムヒ素、シリコンカーバイドおよび窒化ガリウムなどから作られる。窒化ガリウム（GaN）、窒化アルミニウム（AlN）、窒化インジウム（InN）及びその合金などからなるエピタキシャル層は、テンプレート層として用いられ、後続のLED構造成長のために基板の上に堆積される。
【００３６】
図１に示すように、基板10は平坦であり、テンプレート層20も平坦であり、その上にメサ25が形成される。ここで、テンプレート層20は、導電性、例えばｎ型導電性を有していてもよく、メサ25は、絶縁性であってもよく、またはメサ25の少なくとも一部が絶縁性であってもよい。LED構造をエピタキシャル成長させる際、LED構造2およびLED構造1は、テンプレート層20の上面から突出したメサ25及びメサ25により露出されたテンプレート層20の上面にそれぞれ堆積されている。本実施形態のLED構造1は、ｎ型層301、活性領域401及びｐ型層501を含んでいる。本実施形態のLED構造2は、ｎ型層302、活性領域402及びｐ型層502を含んでいる。いくつかの実施形態では、メサ25は、上層252および底層251を含んでおり、上層252は、その垂直な側壁に沿って活性領域401及びｐ型層501の一部と接しており、底層251は、その垂直な側壁に沿って活性領域401及びｎ型層301の一部と接している。底層251が絶縁層の場合、上層252は、絶縁性またはｐ型導電性であることができる。上層252が絶縁性である場合、底層251は、絶縁性またはｎ型導電性であることができる。上層252と底層251は、別々の層、または組成が異なる１つの層であることができる。メサ25も単一の絶縁層であることができる。メサ25またはその上層252と底層251は、GaNまたはAlGaNから構成することができる。
【００３７】
メサ25の高さは、0.5μm〜10μmであることができ、好ましくは2μm〜5μmである。図１の実施形態では、メサ25の高さは、ｎ型層301、活性領域401及びｐ型層501の厚さの和より小さいが、ｎ型層301と活性領域401の厚さの和より大きい。それにより、ｐ型層501とｎ型層302は互いに接する。標準的なデバイス製造工程を通じて、LED構造2のｐ型層502上に陽極コンタクト713が形成され、LED構造1のｎ型層301上に陰極コンタクト711が形成され、ｐ型層501及びｎ型層302と接する導電コンタクト712は、LED構造2からLED構造1への電流路を接続する。本実施形態では、LED構造2とLED構造1は直列に接続されている。陰極コンタクト711、導電コンタクト712及び陽極コンタクト713は、銅、ニッケル、金、チタニウム、アルミニウム、パラジウムなどの金属、または、酸化亜鉛、インジウムスズ酸化物（ITO）など透明導電酸化物で構成することができる。一実施形態では、導電コンタクト712は、ｐ型層501上に形成され、かつその側壁により横方向のみでｎ型層302と接して、LED構造2の発光領域を最大にしている。他の実施形態では、導電コンタクト712は、例えば図１に示すように、標準的なリソグラフィおよびエッチング工程を通じて、ｎ型層302の上面の一部分を覆うようにしてもよく、それにより、導電コンタクト712とｎ型層302との間の良好な電気的接続を達成できる。導電コンタクト712が、その側壁のみによりｎ型層302と横方向で接する場合、ｎ型層302は、例えば5μmを超える十分な厚みを持つ必要がある。
【００３８】
図１に示す実施形態では、まず、ｎ型層が、基板10を覆って、例えば、メサ25およびメサ25により露出したテンプレート層20の上に成長され、次いで、活性領域及びｐ型層が順次成長される。同様に、基板10の上にｐ型層を最初に成長することもできる。この場合、層301と層302は、ｐ型層となり、層501と層502はｎ型層となる。ここで、テンプレート層20はｐ型導電性であることができる。底層251が絶縁性の場合、上層252は、絶縁性またはｐ型導電性であることができ、上層252が絶縁性の場合、底層251は、絶縁性またはｎ型導電性であることができる。
【００３９】
図１に示すように別個のメサ25を形成する代わりに、メサ25は、基板10のパターニングおよびエッチングにより基板10の一部分として形成することもできる。
【００４０】
LED構造2は、図２に示すようなくし形パターン、または図９Ｅに示すような螺旋形パターンなど、任意の適宜パターンを持つことができる。図２に示されたのは、図１に示された実施形態の模式的斜視図であり、それに示すように、くし形パターンを持つLED構造2は、複数の細長いロッド部またはフィンガ部、及びフィンガ部を接続するベース部を持っている。図２には４つのフィンガ部が示されるが、フィンガ部の数は、例えば10本を超える数など、任意の適宜の数とすることができる。フィンガ部の幅は、10〜200μmであってよく、好ましくは50〜100μm、より好ましくは20〜50μmである。２つのフィンガ部の間隔は、5〜50μmとすることができる。
【００４１】
以下に、ｎ型層が基板の上に最初成長されるLED構造を例として、図１に示したLED構造の製造工程を説明する。テンプレート層20を持つ基板10は、公知の方法で製造される。メサ25は、エピタキシャル成長、パターニング及びエッチングによってテンプレート層20上に形成される。メサ25は、底層251及び上層252を2つの別個の層として順次堆積すること、または単一の層内において成長方向に沿って組成を変化させることによって形成することができる。ｎ型層をエピタキシャル成長させて、メサ25により露出されたテンプレート層20の上面上のｎ型層301、及びメサ25の上層252上のｎ型層302を同時に形成する。活性領域をエピタキシャル成長させて、ｎ型層301上の活性領域401及びｎ型層302上の活性領域402を同時に形成する。ｐ型層をエピタキシャル成長させて、活性領域401上のｐ型層501及び活性領域402上のｐ型層502を同時に形成する。それから、上記で得られた構造をパターニングして、ｐ型層501と活性領域401の一部分を除去して、ｎ型層301を露出させるか、またはｎ型層301の中までエッチングして、ｐ型層501、活性領域401及びｎ型層301の上面に溝を形成する。任意で、図１に示されたように、ｐ型層502と活性領域402の一部分を除去してｎ型層302を露出させるか、またはｎ型層302の中までエッチングすることができる。それから導電層を堆積して、ｎ型層301上の陰極コンタクト711、ｐ型層501上の導電コンタクト712、およびｐ型層502上の陽極コンタクト713を形成する。上記の製造工程に関連する全てのパターニングステップ、エッチングステップ、堆積ステップ及びエピタキシャルステップは、この技術で公知の方法を採用できる。同様にして、メサ25及びテンプレート層20の上に最初にｐ型層をを成長させ、それから活性領域及びｎ型層を順次成長させることができる。
【００４２】
図３は、本発明の他の実施形態によるLEDチップの模式的断面図を示す。図３のLEDチップは、メサ25の高さが、ｎ型層301、活性領域401及びｐ型層501の厚さの和より大きいことを除いて、図１のLEDチップと同様の構成を持っている。それにより、ｐ型層501とｎ型層302は接しておらず、メサ25によって互いに電気的に絶縁されている。つまり、LED構造1とLED構造2は、互いに完全に分離されている。メサ25の高さは、0.5μm〜10μmであり、好ましくは2μm〜5μmであある。LED構造2とLED構造1がメサ25により完全に分離されると、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、LED構造1と2の陰極及び陽極を電気的に接続することにより、LED構造2とLED構造1の電気的な並列接続を実現できる。図４Ａに示す構造では、ｎ型層302と電気的に接続されているLED構造2の陰極711’は、導線701’により、ｎ型層301と電気的に接続されているLED構造1の陰極711と接続され、一方、ｐ型層502電気的に接続されているLED構造2の陽極713は、導線702’により、ｐ型層501と電気的に接続されているLED構造1の陽極713’と接続されている。図４Ｂの構造では、上記の接続は、金属層701と702により実現されている。
【００４３】
図３に示すLED構造の製造工程は、図１に示すLED構造の製造工程と、次のことを除いて同様である。すなわち、図１に示すLED構造では、ｎ型層302の上面の一部分が、ｐ型層502と活性層402の対応する部分のエッチングおよび除去によって露出され、次いで、導電層を堆積して、ｎ型層301上の陰極711、ｐ型層501上の陽極713’、ｎ型層302上の陰極711’及びｐ型層502上の陽極713を形成する点である。図４Ａに示すように、陰極コンタクト711と711’は導線701’により接続され、陽極コンタクト713と713’は導線702’
により接続される。任意で、好ましくは酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる保護層をスパッタリングによって堆積し、LED構造2の側壁をカバーするるために、図３及び図４Ｂに示すLED構造全体を覆う。LED構造2の側壁の保護層は、LED構造2のPN接合と金属層702、701とのショートを防止できる。スパッタリングにより、LED構造1を覆う保護層601と、LED構造2及びその側壁を覆う保護層602とが形成される。保護層601、602は、パターニングおよびエッチングされて、陰極コンタクト711、711’及び陽極コンタクト713、713’の一部を露出させる。次いで、金属化工程を行い、図４に示すように、陰極コンタクト711と711’とを接続する金属層701、及び陽極コンタクト713と713’とを接続する金属層702を形成する。
【００４４】
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、さらに他の実施形態では、LED構造2とLED構造1は、メサ25により部分的に分離されている。つまりLEDチップの1つまたは複数の部分において、LED構造2とLED構造1は、1つのLED構造に結合され、共通のｎ型層、共通の活性領域及び共通のｐ型層を共用しており、一方、LEDチップの1つまたは複数の他の部分において、LED構造2とLED構造1のｎ型層、活性領域及びｐ型層は、メサ25により垂直方向に物理的に分離されている。図５Ａ〜５Ｂは、この概念をより容易に理解するためにLEDチップの模試的斜視図示している。図５Ａに示すように、LED構造1は、ｎ型層301、活性領域401及びｐ型層501を含んでおり、LED構造2は、ｎ型層302、活性領域402及びｐ型層502を含んでいる。LED構造1とLED構造2は、一体領域102において、1つのLED構造に結合されており、つまり、同領域においてｎ型層301とｎ型層302が1つのｎ型層に結合し、活性領域401と活性領域402が1つの活性領域に結合し、ｐ型層501とｐ型層502が1つのｐ型層に結合している。一方、LED構造1と2は、分離領域192において、メサ25または任意の他の適切な構造または層により垂直に分離しており、つまり同領域において、ｎ型層301とｎ型層302とが垂直に分離され、活性領域401と活性領域402とが垂直に分離され、ｐ型層501とｐ型層502とが垂直に分離されている。一体領域102と分離領域192は、傾斜領域122を介して連絡している。
【００４５】
図５Ａの構造では、LED構造1のｐ型層501の側壁が、傾斜領域122でLED構造2のｎ型層302の側壁と接触するおそれがある。このことを防止するために、図５Ｂは、他の好ましい実施形態を示す。傾斜領域122に隔離ギャップ132を形成することにより、LED構造1と2の側壁の接触を回避できる。隔離ギャップ132は、LED構造2のｎ型層302を貫通するのに十分な深さであり、またその幅は、1〜10μm、好ましくは1〜5μmである。隔離ギャップ132は、傾斜領域122の長さと同様の長さを有していてもよい。隔離ギャップ132が傾斜領域122においてLED構造1のｐ型層501とLED構造2のｎ型層302とを電気的に絶縁することができれば、隔離ギャップ132の長さは、傾斜領域122の長さより短くてもよい。
【００４６】
図５Ｃは、図５Ｂの上面図であるが、２つではなく４つのLED構造2を持っている。図５Ｃでは、LED構造1とLED構造2が、一体領域102において傾斜領域122により1つのLED構造に結合されており、さらに、隔離ギャップ132が、傾斜領域122でのLED構造1とLED構造2とのショートを防止する。
【００４７】
図５Ｄは、図５Cに示した実施形態と類似する他の実施形態の上面図であるが、接触抵抗を低減するために、細長いLED構造2のもう一端に、追加の一体領域102、追加の傾斜領域122及び隔離ギャップ132を備えている。
【００４８】
図５Ａ〜５Ｄに示した実施形態では、LED構造2の幅W2は、10〜200μmとすることができ、好ましくは50〜100μm、より好ましくは20〜50μmである。隣接するLED構造2の間隔W1は20〜100μmとすることができる。比W2/W1は0.2〜2とすることができる。
【００４９】
図５Ａ〜５Ｄは、平行な細長いロッド部またはフィンガ部としてLED構造2を示したが、LED構造2は、如何なる特定の形状およびパターンに限定されるものではなく、垂直にずれたLED構造を形成できれば、如何なる形状およびパターンとすることができる。例えば、図５Ａと５ＢにおけるLED構造2の上面形状は、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、先端を切り取った三角形であってもよい。図９Ａでは、三角形の先端が切り取られた部分が一体領域102に結合されており、図９Ｂでは、三角形の底部が一体領域102に結合されている。これらの先端が切断された三角形は、正三角形、二等辺三角形及び不等辺三角形など任意の形状の三角形とすることができる。これら先端が切り取られた三角形の配置は、任意の規則的パターンまたはランダムなパターンであってよい。LED構造2の上面形状も、五角形、六角形及び八角形など他の多角形であってもよい。LED構造1とLED構造2の表面及びLED構造2の側壁を粗面化して光取り出しを高めることができる。図９Ｃに示されたLED構造2の上面形状は、円形であり、光取り出し向上のために粗面化された側壁を備えている。図９Ｄは、本発明の一実施形態による十字パターンの上面図であり、LED構造1は、LED構造2に囲まれた十字形状を有している。十字形状のLED構造1は、分離領域192において、LED構造2に対して凹んでいる。十字形のLED構造1とLED構造2は、十字形のLED構造1の４つの先端で、傾斜領域122を介して一体領域102において１つのLED構造に結合されている。図５Ａ〜５Ｄに示されたように、１つのLEDチップは、図９Ｄに示す１つまたは複数の十字パターンを含むことができる。同様に、星形のような凹んだ多角形のLED構造1が、頂点に傾斜領域を備えていてもよい。図９Ｅに示されたのは、本発明の一実施形態による螺旋形構造であり、LED構造2は、螺旋形の壁となり、LED構造1は、対応する螺旋形の溝となり、LED構造1と2は、一体領域102における螺旋形の壁および溝の両端において、傾斜領域122により1つのLED構造に結合されている。LED構造2の幅W2は、10〜200μmとすることができ、好ましくは、50〜100μm、より好ましくは20〜50μmである。隣接するLED構造2の間隔W1（ここでは、LED構造1の幅でもある）は、20〜100μmとすることができる。比W2/W1は0.2〜1とすることができる。
【００５０】
図６Ａ〜６Ｂと図７Ａ〜７Ｂは、そのような傾斜領域122を作製する２つの方法を示す。傾斜領域は、一体領域102および分離領域192の製作後、基板10またはテンプレート層20の上に製作されることができる。ここで、図６Ａ〜６Ｂ及び図７Ａ〜７Ｂは、図５ＢのＡ−Ａ’線に沿った断面を示す。
【００５１】
図６Ａに示されるように、標準的なリソグラフィおよびエッチングプロセスを用いて、一体領域102におけるメサ120と分離領域192におけるメサ25（不図示）を適宜パターンで含むメサが、テンプレート層20上に形成される。メサ120とメサ25は、同じ高さを持っており、かつ、上面を共用していてもよい。傾斜領域122の形成に使用される領域を除いて、メサ25、メサ120及び露出したテンプレート層20を含む表面全体は、二酸化ケイ素などの保護層で覆われており、この保護層は、一体領域102における保護層622及び分離領域192における保護層621を含んでいる。メサは、テンプレート層20または基板10にエピタキシャル成長された1つのまたは複数の層から作製することができ、またはメサは、テンプレート層20または基板10の一部であることもできる。図６Ａの構造は、次いで、有機金属気相成長（MOCVD）装置および分子線エピタキシー（MBE）装置などのエピタキシー炉内に導入される。図６Ａの構造は、300μm/時間に達することができる速い成長速度を利用すると、ハイドライド気相成長（HVPE）装置に導入されることが好ましい。エピタキシャル成長は、傾斜領域122におけるテンプレート層20の露出部分及びメサ120の側壁から始まって、傾斜上面122’を持つ膜1201を形成する。保護層621及び622の上部に成長するのは多結晶膜であり、その多結晶膜は、例えばウェットケミカルエッチングによって、保護層621及び622と一緒に容易に除去することができる。エッチングによる保護層621および622の除去後、図６Ｂに示す構造が得られ、その構造は、次いで、当該技術における任意の公知のエピタキシャル成長方法に従ってLED構造をエピタキシャル成長させるためのエピタキシー炉に導入されて、図５Ａに示すようなLED構造1とLED構造2を同時に形成する。なお、保護層621の厚さは、例えば70〜150μm、ほぼ100μmと非常に小さいので、層1201と層20の間の段差も非常に小さい。この段差は、その後のLED構造成長の間に容易に平坦にすることができる。
【００５２】
図７Ａ〜７Ｂに、メサ120よりも低い高さを有する1つまたは複数の追加のメサ120'を付加することによる、傾斜領域122を製作する代替の方法を示す。図６Ａ及び６Ｂで説明した方法と同様、エピタキシャル成長及びエッチングによって、傾斜表面122’を持つ膜1201が、より小さな傾斜で得られる。異なる高さを持つ3つまたはより多くのメサを利用して、より平坦で、かつ、緩やかな傾斜領域122を形成できることが理解される。メサ120’は、例えば、図６Ａ及び６Ｂに記載の方法でメサ120とメサ25を形成後、メサ120の選択された部分をパターニング及びエッチングするなど既知の方法で製作できる。
【００５３】
図５Ａ及び５Ｂに示す実施形態では、図８Ａ〜８Ｃに従って電気的接続を達成することができる。ここで、メサ25は、上層253、中間層252及び底層251といった、３つの層または部分を含む。底層251は、ｎ型層または絶縁層であってよく、中間層252は、絶縁層またはｐ型層であってよく、図１及び図３に示した実施形態の層251及び252と同様である。上層253は絶縁層である。メサ25は、単独の絶縁層で作製することもできるし、またはテンプレート層20または基板10の一部分で作製することもできる。図６Ｂ及び７Ｂに示されたような構造にｎ型層、活性領域及びｐ型層をエピタキシャル成長させると、分離領域192において、メサ25及び周囲に露出したテンプレート層20にそれぞれLED構造2及びLED構造1が形成される。LED構造2は、ｎ型層302、活性領域402及びｐ型層502を含んでおり、LED構造1は、ｎ型層301、活性領域401及びｐ型層501を含んでいる。メサ25の側壁は十分に急でかつ高く、LED構造において、メサ25の側壁を超えて連続成長する層はないので、LED構造1は分離領域192においてLED構造2と分離している。このような非連続のLED構造は、横方向の光吸收及び活性領域における応力を低下させ、言い換えると光取り出し効率とLED構造の安定性を向上することができる。LED構造1及び2は、一体領域102のメサ120上で単一のLED構造に結合され、単一のLED構造は、両ｎ型層301及び302を接続するｎ型層と、両活性領域401及び402を接続する活性領域と、両ｐ型層501及び502を接続するｐ型層とを含んでいる。ｐ型電流拡散層、好ましくはインジウムスズ酸化物（ITO）などの透明導電層が堆積され、例えば、スパッタリングまたは電子ビーム蒸着法にて、ｐ型層501上のｐ型電流拡散層801、及びｐ型層502上のｐ型電流拡散層802を同時に形成する。一体領域102にもｐ型電流拡散層の一部が形成される。ｐ型電流拡散層801の厚さを適当に選択して、ｐ型電流拡散層801の上面とｎ型層302の底面の間に十分な垂直のギャップを維持する。つまりｐ型電流拡散層801とｎ型層302をメサ25の側壁に沿って分離させる。次いで、ｐ型電流拡散層801、802及び一体領域102の電流拡散層の一部の上面に第1の絶縁誘電体層を堆積して、電流拡散層801上の絶縁誘電体層611及びｐ型電流拡散層802上の絶縁誘電体層612を形成する。第１の絶縁誘電体層は、好ましくは酸化シリコンまたは窒化シリコンから構成されるが、他の絶縁材料も使用でき、また、第１の絶縁誘電体層の厚さは100nm〜1000nmとする。その後、分離領域192において絶縁誘電体層611にｎ型電流拡散層901、好ましくはインジウムスズ酸化物（ITO）など透明導電層を堆積する。このｎ型絶縁誘電体層は、構造全体の上にｎ型電流拡散層を堆積し、次いで、エッチングにてｎ型電流拡散層の不要な部分を除去して、分離領域192のみにｎ型電流拡散層901を残すと、ｎ型電流拡散層901は、ｐ型層502と接しないようになる。ｎ型電流拡散層901は、ｎ型層302とその側壁により接する。ｎ型電流拡散層901の厚さは、好ましくはｎ型層302の厚さより高いが、ｎ型層302と活性領域402の厚さの総和より薄い。ｎ型電流拡散層901は、活性領域402と接していてもよいし接していなくてもよい。次に、既知の方法でｎ型電流拡散層901の上面に酸化シリコンなどの保護層613を形成する。最後に、標準的なリソグラフィ及び金属化プロセスにより、ｐ型電流拡散層802及びｎ型電流拡散層901にそれぞれ陽極コンタクト713及び陰極コンタクト711を製作する。
【００５４】
ｐ型電流拡散層801及び802は、一体領域102において1つのｐ型電流拡散層に結合されるので、陽極コンタクト713から注入された正孔は、ｐ型電流拡散層802及びｐ型層502を通って活性領域402へ流れ、同時に、陽極コンタクト713から注入された正孔は、ｐ型電流拡散層801及びｐ型層501を通って活性領域401へも流れる。同様に、ｎ型層301及び302は、一体領域102において１つのｎ型層に結合されるので、陰極コンタクト711から注入された電子はｎ型電流拡散層901及びｎ型層302を通って活性領域402へ流れ、同時に、陰極コンタクト711から注入された電子は、ｎ型電流拡散層901及びｎ型層302をを通って活性領域401へも流れる。従って、LED構造2とLED構造1は、本当の3D接続方式により並列に接続されている。
【００５５】
LED構造における陰極コンタクトとｎ型層との間の電気的接続抵抗を下げるために、１つのLEDチップにおけるLED構造2の数及び密度を増加することができる。１つのLEDチップにおけるLED構造2の数は、図５Ａ〜５Ｄに示すような細長いロッド形状のLED構造2においては、1〜50であってよく、好ましくは3〜20、より好ましくは5〜10である。また、図８Ｂに示すように、追加の陰極コンタクト712を付加してもよい。
【００５６】
図８Ｂに示す構造は、ｎ型層301に追加の陰極コンタクト712を備えること以外は、図８Ａに示す構造と同じである。図８Ｂに示す構造は、以下のような方法で製作することができる。図８Ａとともに上述したように、ｎ型電流拡散層901の形成後、保護層613を形成する前に、ｎ型電流拡散層901、絶縁層611、ｐ型電流拡散層801、ｐ型層501及び活性領域401の一部を除去してｎ型層301を露出させ、またはｎ型層301の中までエッチングして、ｎ型電流拡散層901、絶縁層611、ｐ型電流拡散層801、ｐ型層501及び活性領域401に溝を形成する。次いで、導電層を堆積して、ｎ型電流拡散層901上の陰極コンタクト711、ｎ型層上の追加の陰極コンタクト712及びｐ型電流拡散層802上の陽極コンタクト713を形成する。2つの陰極コンタクト711及び712は、ワイヤボンディングによって陰極と接続される。上記のすべてのパターニング、エッチング、堆積及びエピタキシャル成長はいずれもこの技術における既知の方法を採用してよい。
【００５７】
図８Ａ〜８Ｃに示すLEDの実施形態のｎ側の直列抵抗は、ｐ側の直列抵抗より大きいと予想されるが、これは、ｎ型電流拡散層901が側壁によりLED構造2のｎ型層302と接しているからである。ｎ側の直列抵抗を下げるために、LED構造2の数及び密度を増加することができる。そのほかに、LED構造2の幅は、隣接するLED構造2の間隔W1より小さくすることができる。LED構造2の幅W2は、10〜200μmとすることができ、好ましくは50〜100μm、より好ましくは20〜50μmである。LED構造2の間隔W1は、20〜200μmとすることができ、好ましくは20〜50μmである。比W2/ W1は0.2〜1とすることができる。
【００５８】
図８Ｃに示す実施形態において、薄膜構造が実現される。図８Ｃに示す薄膜構造は、基板10が取り除かれるか、または導電基板704に置き換えられること以外は図８Ａに示す構造と同じである。導電基板704は、ITOまたはZnOウエハーなどの透明導電材料、または上面が反射体で被覆された導電金属またはシリコンウエハーであってよい。図８Ｃでは、導電基板704の底部に追加の陰極コンタクト714が形成される。2つの陰極コンタクト711及び714は、ワイヤボンディングにより陰極に接続される。
【００５９】
図１０に示されたのは、本発明による多数のLEDチップの配列を示すウエハーの略図である。1つのウエハーは、チップサイズに応じて1500〜20000個のLEDチップを含むことができる。通常、１つのLEDチップのサイズは、数百μm〜数mmとすることができる。
【００６０】
本発明を典型的な実施形態を用いて説明したが、本発明の範囲は、上記の実施形態に限定されないことが理解される。一方、種々の変更および類似の構造または等価物に及ぶことを意図しているので、特許請求の範囲は、そのようなすべての変更および類似の構造または等価物を包含するように最も広く解釈されるべきである。例えば、上記の実施形態及び図面（例えば図５Ａ及び図５Ｂ）に記載されたように、下方のLED構造1は、一体領域102において傾斜領域122により結合して上方の一体LED構造になり、LED構造2は、一体LED構造と同じ高さにある。明らかに、一体LED構造を下方のLED構造1と同じ高さに作製し、LED構造2が一体LED構造より高いことも可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光デバイス、特に、垂直に位置がずれた活性領域を備え、自己吸収が減少され、かつ高い光取り出しを有する発光デバイスに関する。本発明はまた、垂直に位置がずれた活性領域を備えた発光デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光デバイスは、積層構造から構成されており、即ち、LEDチップなどの発光構造における各層は、通常、いずれも連続層であり、同じ平面に位置し、かつ、異なる組成及び導電型の層を積層することによって、その構造は層ごとに形成される。LEDなど従来の発光デバイスは普通、平坦な基板、基板上に形成された連続するｎ型層、ｎ型層上に形成された連続する活性領域及び活性領域上に形成された連続するｐ型層を含んでいる。陰極および陽極が、それぞれｎ層及びｐ層に接続される。このようなLEDは、二次元（2D）LEDと略称される。二次元LEDに関するいくつかの限定が、本願の発明者らによって提案されている。まず、本発明者らが2010年4月16日に出願した米国特許出願公開第12/761,708号明細書（その内容は、引用によって全体がここに組み込まれる）に記載したように、従来の二次元LEDは、横方向の導波路効果があるため、ｎ型層、活性領域及びｐ型層、特に活性領域に強い光の自己吸収が発生する。第二に、連続する積層構造は、ｎ型層、活性層及びｐ型層のひずみ緩和に不利に働く。第三に、III-V族窒化物及びII-VI族酸化物などの圧電材料にとって、連続する積層構造に蓄積されたひずみは、活性領域内の発光効率を損なわせる。
【０００３】
文献には、上記の二次元LEDに関する制限を緩和する改善策があり、粗面処理（最終の表面の連続性を変更すること、例えば米国特許明細書第7,422,962号明細書、第7,355,210号明細書）、基板のパターニング（初期表面の連続性を変更すること、例えば米国特許第7,683,386号明細書）、及びフォトニック結晶導入（活性領域付近の層の連続性を変更すること、例えば米国特許第5,955,749号明細書、第7,166,870号明細書、第7,615,398号明細書第7,173,289号明細書第7,642,108号明細書、第7,652,295号明細書、第7,250,635号明細書）などの方法が、従来、紹介されている。本発明者らが2010年6月25日に出願した米国特許出願No.12/824,097号（その内容は、引用によって全体がここに組み込まれる）では、活性領域の位置をずらして従来の積層構造を変えることを提案し、任意で、非平面な表面への活性領域の成長も、米国特許出願公開第2006/0060833号明細書において提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、従来の二次元LED構造の課題を克服または軽減するために、垂直に位置がずれた活性領域を備えた三次元（3D）LED構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、三次元LEDのエピタキシャル構造は、非平面基板または少なくとも２組の垂直にずれた表面を含むテンプレート層から始まる。第２の組の表面は、LED構造の成長方向において、垂直な距離だけ第１の組の表面と離れている。第１の組の表面は、それぞれ側壁により第２の組の表面と接続されている。側壁は、傾斜していたり、垂直であったり、またはその他の適当な形状であることができ、また、第１の組の表面に堆積された第１のLED構造のｎ型層、活性領域またはｐ型層などの層と、第２の組の表面に堆積された第２のLED構造のｎ型層、活性領域またはｐ型層などの対応する層とが、側壁により分離されるように十分な高さを有している。つまり、ｎ型層、活性領域及びｐ型層は、第１の組の表面から第２の組の表面へ、側壁を越えて連続して成長していない。上記の２組の表面は、重なり合っている部分を共有していてもよいし共有していなくてもよい。つまり、２組の表面は、LEDチップのある領域においては垂直にずれているが、他の領域では１つの表面に結合されている。エピタキシャル成長の際、第１のLED構造は、第１の表面上に堆積され、第２のLED構造は、第２の表面上に堆積される。LED構造は、ｎ型層、活性領域及びｐ型層を少なくとも含んでいる。２組の表面間の垂直距離は、第１のLED構造のｐ型層が第２のLED構造のｎ型層に達して接触するように選択することができる。また、当該垂直距離は、第１のLED構造のｐ型層が第２のLED構造のｎ型層に達しも接触もしないように、つまり第１のLED構造と第２のLED構造とが互いに完全に分離するように選択することもできる。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、発光ダイオード（LED）チップが提供され、そのLEDチップは、
一体領域、分離領域及びそれらの間の傾斜領域を含む基板と、
基板の上に形成されたメサであって、前記メサの上面が、前記分離領域において前記メサにより露出された基板の上面と垂直にずれており、前期分離領域において前記メサにより露出された基板の上面が、前記傾斜領域の斜面を介して、前記一体領域における前記メサの上面と接続するようにされたメサと、
前記分離領域においてメサにより露出された基板の上面に形成された第１のLED構造、及び前記分離領域においてメサの上面に形成された第２のLED構造であって、第１のLED構造は、第１のｎ型層、第１の活性領域及び第１のｐ型層を含んでおり、第２のLED構造は、第２のｎ型層、第２の活性領域及び第２のｐ型層を含んでおり、第１のLED構造及び第２のLED構造は、分離領域において互いに分離しているが、一体領域においては、第１のｎ型層と第２のｎ型層とが１つのｎ型層に結合され、第１の活性領域と第２の活性領域とが１つの活性領域に結合され、第１のｐ型層と第２のｐ型層とが１つのｐ型層に結合されるようにされた第１及び第２のLED構造と、を有している。
【０００７】
メサは、基板の一部分であってもよい。
【０００８】
発光ダイオード（LED）チップは、基板とメサの間にテンプレート層をさらに含んでおり、メサはテンプレート層上に形成され、メサの上面は分離領域において露出したテンプレート層の上面と垂直にずれ、分離領域において露出したテンプレート層の上面は、傾斜領域の斜面を介して一体領域のメサの上面と接続され、第１のLED構造は、分離領域において露出したテンプレート層の上面に成長されていてもよい。
【０００９】
メサは、テンプレート層の一部分であってもよいし、または絶縁層であってもよい。
【００１０】
メサは、絶縁性上層、中間層及び底層を含んでいてもよく、基板の上に第１のLED構造の第１のｎ型層が成長される場合、中間層はその側壁を介して第１のｐ型層及び第１の活性領域と接し、かつ底層は、その側壁を介して第１の活性領域及び第１のｎ型層と接し、一方、基板の上に第１のLED構造の第１のｐ型層が成長される場合、中間層はその側壁を介して第１のｎ型層及び第１の活性領域と接し、かつ底層は、その側壁を介して第１の活性領域及び第１のｐ型層と接する。
【００１１】
基板の上に第１のLED構造の第１のｎ型層が成長される場合は、中間層が絶縁層で、かつ底層がｎ型層であるか、または中間層がｐ型層で、かつ底層が絶縁層である。一方、基板の上に第１のLED構造の第１のｐ型層が成長される場合は、中間層が絶縁層で、かつ底層がｐ型層であるか、または中間層がｎ型層で、底層が絶縁層である。
【００１２】
発光ダイオード（LED）チップは、傾斜領域にギャップをさらに有し、傾斜領域で第１のLED構造と第２のLED構造を分離させてもよい。
【００１３】
本発明の一態様によれば、発光ダイオード（LED）チップが提供され、それは、
一体領域、分離領域及びそれらの間に位置する傾斜領域を含む、エピタキシャル成長用の基材であって、少なくとも、第１の表面の組及びそれと垂直にずれた第２の表面の組を分離領域に含んでおり、第１の表面と第２の表面は、傾斜領域の斜面を介して一体領域において１つの表面に結合されるようにされた基材と、
分離領域の第１の表面に形成された第１のLED構造及び分離領域の第２の表面に形成された第２のLED構造であって、第１のLED構造は、第１のｎ型層、第１の活性領域及び第１のｐ型層を含み、第２のLED構造は、第２のｎ型層、第２の活性領域及び第２のｐ型層を含み、第１のLED構造と第２のLED構造は、分離領域で互いに分離しているが、一体領域では、傾斜領域の斜面を介して、第１のｎ型層と第２のｎ型層が１つのｎ型層に結合され、第１の活性領域と第２の活性領域が１つの活性領域に結合され、第１のｐ型層と第２のｐ型層が１つのｐ型層に結合されるようにされた第１および第２のLED構造と、を有する。
【００１４】
第１の表面と第2の表面は、側壁、好ましくは垂直な側壁によって接続されている。
【００１５】
基材は、単一の基板でよい。基材は、垂直にずれた上面を備えた基板と、この基板に倣って形成されたテンプレート層とを含むこともできる。基材は、平担な基板と、垂直にずれた上面を備えたテンプレート層とを含むこともできる。基材は、平担な基板と、基板の上に形成された所定のパターンのメサとを含むこともできる。基材は、平担な基板と、基板の上に形成された平担なテンプレート層と、平坦なテンプレート層の上に形成された所定のパターンのメサとを含み、分離領域のメサの上面が第２の表面を構成し、分離領域においてメサによって露出されたテンプレート層の上面が第１の表面を構成してもよい。
【００１６】
メサは、絶縁性上層、中間層及び底層を含むことができ、基材の上に第１のLED構造の第１のｎ型層が成長される場合、中間層はその側壁を介して第１のｐ型層及び第１の活性領域と接し、かつ底層は、その側壁を介して第１の活性領域及び第１のｎ型層と接し、一方、基材の上に第１のLED構造の第１のｐ型層が成長される場合、中間層はその側壁を介して第１のｎ型層及び第１の活性領域と接し、かつ底層は、その側壁を介して第１の活性領域及び第１のｐ型層と接する。
【００１７】
基材の上に第１のLED構造の第１のｎ型層が成長される場合、中間層が絶縁層で、かつ底層がｎ型層であるか、または中間層がｐ型層で、かつ底層が絶縁層である。一方、基材の上に第１のLED構造の第１のｐ型層が成長される場合、中間層が絶縁層で、かつ底層がｐ型層であるか、または中間層がｎ型層で、かつ底層が絶縁層である。
【００１８】
発光ダイオード（LED）チップは、傾斜領域にギャップをさらに有し、傾斜領域で第１のLED構造と第２のLED構造を分離させてもよい。
【００１９】
本発明の一態様によれば、発光ダイオード（LED）チップが提供され、それは、
基板と、
基板の上に形成されたメサであって、その上面が、メサにより露出された基板の上面と垂直にずれるようにされたメサと、
メサにより露出された基板の上面に形成された第１のLED構造及びメサの上面に形成された第２のLED構造であって、第１のLED構造は、第１のｎ型層、第１の活性領域及び第１のｐ型層を含み、第２のLED構造は、第２のｎ型層、第２の活性領域及び第２のｐ型層を含む第１および第２のLED構造とを有し、
基板とメサの上に第１のｎ型層と第２のｎ型層が成長される場合、第１のｐ型層はその側壁を介して第２のｎ型層と接し、基板とメサの上に第１のｐ型層と第２のｐ型層が成長される場合、第１のｎ型層はその側壁を介して第２のｐ型層と接する。
【００２０】
メサは、基板の一部分であってもよい。
【００２１】
発光ダイオード（LED）チップは、基板とメサの間にテンプレート層をさらに含み、テンプレート層上にメサが形成され、メサの上面が、メサにより露出されたテンプレート層の上面と垂直にずれ、メサにより露出されたテンプレート層の上面に第１のLED構造が形成されてもよい。
【００２２】
メサは、テンプレート層の一部分であってもよい。
【００２３】
メサは、上層及び底層を含み、基板とメサの上に第１のｎ型層と第２のｎ型層が成長される場合、上層は、その側壁を介して第１のｐ型層及び第１の活性領域と接し、底層は、その側壁を介して第１の活性領域及び第１のｎ型層と接し、上層が絶縁層で、かつ底層がｎ型層であるか、または上層がｐ型層で、かつ底層が絶縁層である。一方、基板とメサの上に第１のｐ型層と第２のｐ型層が成長される場合、上層は、その側壁を介して第１のｎ型層及び第１の活性領域と接し、底層は、その側壁を介して第１の活性領域及び第１のｐ型層と接し、上層が絶縁層で、かつ底層がｐ型層であるか、または上層がｎ型層で、かつ底層が絶縁層である。
【００２４】
本発明の一態様によれば、発光ダイオード（LED）が提供され、それは、
基板と、
基板の上に形成されたメサであって、その表面が、メサにより露出された基板の上面と垂直にずれているメサと、
メサにより露出された基板の上面に形成された第１のLED構造及びメサの上面に形成された第２のLED構造であって、メサにより完全に分離されている第１のLED構造および第２のLED構造とを有する。
【００２５】
メサは、基板の一部分であってもよい。
【００２６】
発光ダイオード（LED）チップは、基板とメサの間にさらにテンプレート層を含み、テンプレート層にメサが形成され、メサの上面が、メサにより露出されたテンプレート層の上面と垂直にずれており、メサにより露出されたテンプレート層の上面に第１のLED構造が形成されてもよい。
【００２７】
メサは、テンプレート層の一部分であってもよい。
【００２８】
メサは、絶縁性上層及び底層を含み、基板とメサの上に第１のｎ型層と第２のｎ型層が成長される場合、上層は、その側壁を介して第１のｐ型層及び第１の活性領域と接し、底層は、その側壁を介して第１の活性領域及び第１のｎ型層と接し、底層はｎ型層または絶縁層であり、一方、基板とメサの上に第１のｐ型層と第２のｐ型層が成長される場合、上層は、その側壁を介して第１のｎ型層及び第１の活性領域と接し、底層は、その側壁を介して第１の活性領域及び第１のｐ型層と接し、底層はｐ型層または絶縁層であってもよい。
【００２９】
本発明の一態様によれば、発光デバイスの製造方法が提供され、その方法は、
一体領域、分離領域及びそれらの間の傾斜領域を有する基板を用意することと、
基板の上にメサを形成することであって、メサの上面が、分離領域においてメサにより露出された基板の上面に対して垂直にずれ、分離領域においてメサにより露出された基板の上面が、一体領域のメサの上面と、傾斜領域の斜面を介して接続されるようにすることと、
メサと基板の上にLED構造を堆積して、分離領域において、メサにより露出された基板の上面に第１のLED構造を形成し、メサの上面に第２のLED構造を形成することであって、第１のLED構造と第２のLED構造は、分離領域において互いに分離しているが、一体領域においては１つのLED構造に結合され、第１のLED構造は、第１のｎ型層、第１の活性領域及び第１のｐ型層を含み、第2のLED構造は、第2のｎ型層、第2の活性領域及び第2のｐ型層を含むようにすることとを含む。
【００３０】
LED構造を堆積するステップは、
メサと基板の上にｎ型層を堆積して、分離領域において、メサにより露出された基板の上面に第１のｎ型層を形成し、メサの上に第２のｎ型層を形成することと、
ｎ型層の上に活性領域を堆積して、第１のｎ型層の上に第１の活性層を形成し、第２のｎ型層の上に第２の活性領域を形成することと、
活性領域の上にｐ型層を堆積して、第１の活性領域の上に第１のｐ型層を形成し、第２の活性領域の上に第２のｐ型層を形成すること、とを含み、
一体領域においては、傾斜領域を介して、第１のｎ型層と第２のｎ型層とを１つのｎ型層に結合し、第１の活性領域と第２の活性領域とを１つの活性領域に結合し、第１のｐ型層と第２のｐ型層とを１つのｐ型層に結合する。
【００３１】
当該製造方法は、メサを形成する前に、基板の上にテンプレート層を堆積し、メサがテンプレート層の上に形成されるようにすることをさらに含んでもよい。
【００３２】
メサを形成するステップは、
テンプレート層の上にメサを堆積することと、
メサをパターニングおよびエッチングして、所定のパターンに形成することと、
メサとテンプレート層の上に保護層を形成するが、傾斜領域においてテンプレート層とメサの側壁を露出させることと、
傾斜領域の、露出したテンプレート層とメサの側壁に、傾斜した上面を備えた膜を成長させることと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態による、直列接続されたLED構造を備えたLEDチップの模式的断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による、直接接続されたLED構造を備えたLEDチップの模式的斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による、並列接続されたLED構造を備えたLEDチップの模式的断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態によるLEDチップにおける電気的接続の様々な方法を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態によるLEDチップにおける電気的接続の様々な方法を示す図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による、１つのLED構造に結合したLED構造を備えたLEDチップの模式的斜視図である。
【図５Ｂ】傾斜領域においてLED構造間にギャップが存在する、本発明の他の実施形態による、１つのLED構造に結合したLED構造を備えたLEDチップの模式的透視図である。
【図５Ｃ】LED構造が１つのLED構造に結合し、傾斜領域においてLED構造間にギャップが存在する、本発明の一実施形態によるLEDチップにおけるLED構造の模式的上面図である。
【図５Ｄ】LED構造が１つのLED構造に結合し、傾斜領域においてLED構造間にギャップが存在する、本発明の他の実施形態によるLEDチップにおけるLED構造の模式的上面図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態にによるLEDチップにおいて、LED構造を成長させるための、基板の高い表面と低い表面とを連絡する傾斜の形成方法を説明する図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態にによるLEDチップにおいて、LED構造を成長させるための、基板の高い表面と低い表面とを連絡する傾斜の形成方法を説明する図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態によるLEDチップにおいて、LED構造を成長させるための、基板の高い表面と低い表面とを連絡する傾斜の他の形成方法を説明する図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態によるLEDチップにおいて、LED構造を成長させるための、基板の高い表面と低い表面とを連絡する傾斜の他の形成方法を説明する図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態によるLEDチップの模式的断面図である。
【図８Ｂ】低いｎ型層の上に追加の陰極接点を備えた、図８Aに示すLEDチップの模式的断面図である。
【図８Ｃ】薄膜構造を備えた、本発明の一実施形態によるLEDチップの模式的断面図である。
【図９Ａ】本発明の種々の実施形態によるLEDチップにおけるLED構造の種々のパターンを示す模式的上面図である。
【図９Ｂ】本発明の種々の実施形態によるLEDチップにおけるLED構造の種々のパターンを示す模式的上面図である。
【図９Ｃ】本発明の種々の実施形態によるLEDチップにおけるLED構造の種々のパターンを示す模式的上面図である。
【図９Ｄ】本発明の種々の実施形態によるLEDチップにおけるLED構造の種々のパターンを示す模式的上面図である。
【図９Ｅ】本発明の種々の実施形態によるLEDチップにおけるLED構造の種々のパターンを示す模式的上面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による、ウエハー上へのLEDチップの配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の更なる理解を提供し、本願に組み込まれ、かつ本願の一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を示し、詳細な説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。図面における同様の番号は、全体を通して同様の要素を参照し、層は、同じ機能に関連する層の組を参照する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態によるLEDチップまたはLEDチップの一部の模式的断面図を示す。図１に示すLEDチップは、基板10、および任意でテンプレート層20を含む。ここでは、テンプレート層は、基板の上に堆積された１つまたは複数の十分に厚いエピタキシャル層を意味する。III-V族窒化物発光デバイスの分野では、基板は、サファイヤ、シリコン、ガリウムヒ素、シリコンカーバイドおよび窒化ガリウムなどから作られる。窒化ガリウム（GaN）、窒化アルミニウム（AlN）、窒化インジウム（InN）及びその合金などからなるエピタキシャル層は、テンプレート層として用いられ、後続のLED構造成長のために基板の上に堆積される。
【００３６】
図１に示すように、基板10は平坦であり、テンプレート層20も平坦であり、その上にメサ25が形成される。ここで、テンプレート層20は、導電性、例えばｎ型導電性を有していてもよく、メサ25は、絶縁性であってもよく、またはメサ25の少なくとも一部が絶縁性であってもよい。LED構造をエピタキシャル成長させる際、LED構造2およびLED構造1は、テンプレート層20の上面から突出したメサ25及びメサ25により露出されたテンプレート層20の上面にそれぞれ堆積されている。本実施形態のLED構造1は、ｎ型層301、活性領域401及びｐ型層501を含んでいる。本実施形態のLED構造2は、ｎ型層302、活性領域402及びｐ型層502を含んでいる。いくつかの実施形態では、メサ25は、上層252および底層251を含んでおり、上層252は、その垂直な側壁に沿って活性領域401及びｐ型層501の一部と接しており、底層251は、その垂直な側壁に沿って活性領域401及びｎ型層301の一部と接している。底層251が絶縁層の場合、上層252は、絶縁性またはｐ型導電性であることができる。上層252が絶縁性である場合、底層251は、絶縁性またはｎ型導電性であることができる。上層252と底層251は、別々の層、または組成が異なる１つの層であることができる。メサ25も単一の絶縁層であることができる。メサ25またはその上層252と底層251は、GaNまたはAlGaNから構成することができる。
【００３７】
メサ25の高さは、0.5μm〜10μmであることができ、好ましくは2μm〜5μmである。図１の実施形態では、メサ25の高さは、ｎ型層301、活性領域401及びｐ型層501の厚さの和より小さいが、ｎ型層301と活性領域401の厚さの和より大きい。それにより、ｐ型層501とｎ型層302は互いに接する。標準的なデバイス製造工程を通じて、LED構造2のｐ型層502上に陽極コンタクト713が形成され、LED構造1のｎ型層301上に陰極コンタクト711が形成され、ｐ型層501及びｎ型層302と接する導電コンタクト712は、LED構造2からLED構造1への電流路を接続する。本実施形態では、LED構造2とLED構造1は直列に接続されている。陰極コンタクト711、導電コンタクト712及び陽極コンタクト713は、銅、ニッケル、金、チタニウム、アルミニウム、パラジウムなどの金属、または、酸化亜鉛、インジウムスズ酸化物（ITO）など透明導電酸化物で構成することができる。一実施形態では、導電コンタクト712は、ｐ型層501上に形成され、かつその側壁により横方向のみでｎ型層302と接して、LED構造2の発光領域を最大にしている。他の実施形態では、導電コンタクト712は、例えば図１に示すように、標準的なリソグラフィおよびエッチング工程を通じて、ｎ型層302の上面の一部分を覆うようにしてもよく、それにより、導電コンタクト712とｎ型層302との間の良好な電気的接続を達成できる。導電コンタクト712が、その側壁のみによりｎ型層302と横方向で接する場合、ｎ型層302は、例えば5μmを超える十分な厚みを持つ必要がある。
【００３８】
図１に示す実施形態では、まず、ｎ型層が、基板10を覆って、例えば、メサ25およびメサ25により露出したテンプレート層20の上に成長され、次いで、活性領域及びｐ型層が順次成長される。同様に、基板10の上にｐ型層を最初に成長することもできる。この場合、層301と層302は、ｐ型層となり、層501と層502はｎ型層となる。ここで、テンプレート層20はｐ型導電性であることができる。底層251が絶縁性の場合、上層252は、絶縁性またはｐ型導電性であることができ、上層252が絶縁性の場合、底層251は、絶縁性またはｎ型導電性であることができる。
【００３９】
図１に示すように別個のメサ25を形成する代わりに、メサ25は、基板10のパターニングおよびエッチングにより基板10の一部分として形成することもできる。
【００４０】
LED構造2は、図２に示すようなくし形パターン、または図９Ｅに示すような螺旋形パターンなど、任意の適宜パターンを持つことができる。図２に示されたのは、図１に示された実施形態の模式的斜視図であり、それに示すように、くし形パターンを持つLED構造2は、複数の細長いロッド部またはフィンガ部、及びフィンガ部を接続するベース部を持っている。図２には４つのフィンガ部が示されるが、フィンガ部の数は、例えば10本を超える数など、任意の適宜の数とすることができる。フィンガ部の幅は、10〜200μmであってよく、好ましくは50〜100μm、より好ましくは20〜50μmである。２つのフィンガ部の間隔は、5〜50μmとすることができる。
【００４１】
以下に、ｎ型層が基板の上に最初成長されるLED構造を例として、図１に示したLED構造の製造工程を説明する。テンプレート層20を持つ基板10は、公知の方法で製造される。メサ25は、エピタキシャル成長、パターニング及びエッチングによってテンプレート層20上に形成される。メサ25は、底層251及び上層252を2つの別個の層として順次堆積すること、または単一の層内において成長方向に沿って組成を変化させることによって形成することができる。ｎ型層をエピタキシャル成長させて、メサ25により露出されたテンプレート層20の上面上のｎ型層301、及びメサ25の上層252上のｎ型層302を同時に形成する。活性領域をエピタキシャル成長させて、ｎ型層301上の活性領域401及びｎ型層302上の活性領域402を同時に形成する。ｐ型層をエピタキシャル成長させて、活性領域401上のｐ型層501及び活性領域402上のｐ型層502を同時に形成する。それから、上記で得られた構造をパターニングして、ｐ型層501と活性領域401の一部分を除去して、ｎ型層301を露出させるか、またはｎ型層301の中までエッチングして、ｐ型層501、活性領域401及びｎ型層301の上面に溝を形成する。任意で、図１に示されたように、ｐ型層502と活性領域402の一部分を除去してｎ型層302を露出させるか、またはｎ型層302の中までエッチングすることができる。それから導電層を堆積して、ｎ型層301上の陰極コンタクト711、ｐ型層501上の導電コンタクト712、およびｐ型層502上の陽極コンタクト713を形成する。上記の製造工程に関連する全てのパターニングステップ、エッチングステップ、堆積ステップ及びエピタキシャルステップは、この技術で公知の方法を採用できる。同様にして、メサ25及びテンプレート層20の上に最初にｐ型層をを成長させ、それから活性領域及びｎ型層を順次成長させることができる。
【００４２】
図３は、本発明の他の実施形態によるLEDチップの模式的断面図を示す。図３のLEDチップは、メサ25の高さが、ｎ型層301、活性領域401及びｐ型層501の厚さの和より大きいことを除いて、図１のLEDチップと同様の構成を持っている。それにより、ｐ型層501とｎ型層302は接しておらず、メサ25によって互いに電気的に絶縁されている。つまり、LED構造1とLED構造2は、互いに完全に分離されている。メサ25の高さは、0.5μm〜10μmであり、好ましくは2μm〜5μmであある。LED構造2とLED構造1がメサ25により完全に分離されると、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、LED構造1と2の陰極及び陽極を電気的に接続することにより、LED構造2とLED構造1の電気的な並列接続を実現できる。図４Ａに示す構造では、ｎ型層302と電気的に接続されているLED構造2の陰極711’は、導線701’により、ｎ型層301と電気的に接続されているLED構造1の陰極711と接続され、一方、ｐ型層502電気的に接続されているLED構造2の陽極713は、導線702’により、ｐ型層501と電気的に接続されているLED構造1の陽極713’と接続されている。図４Ｂの構造では、上記の接続は、金属層701と702により実現されている。
【００４３】
図３に示すLED構造の製造工程は、図１に示すLED構造の製造工程と、次のことを除いて同様である。すなわち、図１に示すLED構造では、ｎ型層302の上面の一部分が、ｐ型層502と活性層402の対応する部分のエッチングおよび除去によって露出され、次いで、導電層を堆積して、ｎ型層301上の陰極711、ｐ型層501上の陽極713’、ｎ型層302上の陰極711’及びｐ型層502上の陽極713を形成する点である。図４Ａに示すように、陰極コンタクト711と711’は導線701’により接続され、陽極コンタクト713と713’は導線702’
により接続される。任意で、好ましくは酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる保護層をスパッタリングによって堆積し、LED構造2の側壁をカバーするるために、図３及び図４Ｂに示すLED構造全体を覆う。LED構造2の側壁の保護層は、LED構造2のPN接合と金属層702、701とのショートを防止できる。スパッタリングにより、LED構造1を覆う保護層601と、LED構造2及びその側壁を覆う保護層602とが形成される。保護層601、602は、パターニングおよびエッチングされて、陰極コンタクト711、711’及び陽極コンタクト713、713’の一部を露出させる。次いで、金属化工程を行い、図４に示すように、陰極コンタクト711と711’とを接続する金属層701、及び陽極コンタクト713と713’とを接続する金属層702を形成する。
【００４４】
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、さらに他の実施形態では、LED構造2とLED構造1は、メサ25により部分的に分離されている。つまりLEDチップの1つまたは複数の部分において、LED構造2とLED構造1は、1つのLED構造に結合され、共通のｎ型層、共通の活性領域及び共通のｐ型層を共用しており、一方、LEDチップの1つまたは複数の他の部分において、LED構造2とLED構造1のｎ型層、活性領域及びｐ型層は、メサ25により垂直方向に物理的に分離されている。図５Ａ〜５Ｂは、この概念をより容易に理解するためにLEDチップの模試的斜視図示している。図５Ａに示すように、LED構造1は、ｎ型層301、活性領域401及びｐ型層501を含んでおり、LED構造2は、ｎ型層302、活性領域402及びｐ型層502を含んでいる。LED構造1とLED構造2は、一体領域102において、1つのLED構造に結合されており、つまり、同領域においてｎ型層301とｎ型層302が1つのｎ型層に結合し、活性領域401と活性領域402が1つの活性領域に結合し、ｐ型層501とｐ型層502が1つのｐ型層に結合している。一方、LED構造1と2は、分離領域192において、メサ25または任意の他の適切な構造または層により垂直に分離しており、つまり同領域において、ｎ型層301とｎ型層302とが垂直に分離され、活性領域401と活性領域402とが垂直に分離され、ｐ型層501とｐ型層502とが垂直に分離されている。一体領域102と分離領域192は、傾斜領域122を介して連絡している。
【００４５】
図５Ａの構造では、LED構造1のｐ型層501の側壁が、傾斜領域122でLED構造2のｎ型層302の側壁と接触するおそれがある。このことを防止するために、図５Ｂは、他の好ましい実施形態を示す。傾斜領域122に隔離ギャップ132を形成することにより、LED構造1と2の側壁の接触を回避できる。隔離ギャップ132は、LED構造2のｎ型層302を貫通するのに十分な深さであり、またその幅は、1〜10μm、好ましくは1〜5μmである。隔離ギャップ132は、傾斜領域122の長さと同様の長さを有していてもよい。隔離ギャップ132が傾斜領域122においてLED構造1のｐ型層501とLED構造2のｎ型層302とを電気的に絶縁することができれば、隔離ギャップ132の長さは、傾斜領域122の長さより短くてもよい。
【００４６】
図５Ｃは、図５Ｂの上面図であるが、２つではなく４つのLED構造2を持っている。図５Ｃでは、LED構造1とLED構造2が、一体領域102において傾斜領域122により1つのLED構造に結合されており、さらに、隔離ギャップ132が、傾斜領域122でのLED構造1とLED構造2とのショートを防止する。
【００４７】
図５Ｄは、図５Cに示した実施形態と類似する他の実施形態の上面図であるが、接触抵抗を低減するために、細長いLED構造2のもう一端に、追加の一体領域102、追加の傾斜領域122及び隔離ギャップ132を備えている。
【００４８】
図５Ａ〜５Ｄに示した実施形態では、LED構造2の幅W2は、10〜200μmとすることができ、好ましくは50〜100μm、より好ましくは20〜50μmである。隣接するLED構造2の間隔W1は20〜100μmとすることができる。比W2/W1は0.2〜2とすることができる。
【００４９】
図５Ａ〜５Ｄは、平行な細長いロッド部またはフィンガ部としてLED構造2を示したが、LED構造2は、如何なる特定の形状およびパターンに限定されるものではなく、垂直にずれたLED構造を形成できれば、如何なる形状およびパターンとすることができる。例えば、図５Ａと５ＢにおけるLED構造2の上面形状は、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、先端を切り取った三角形であってもよい。図９Ａでは、三角形の先端が切り取られた部分が一体領域102に結合されており、図９Ｂでは、三角形の底部が一体領域102に結合されている。これらの先端が切断された三角形は、正三角形、二等辺三角形及び不等辺三角形など任意の形状の三角形とすることができる。これら先端が切り取られた三角形の配置は、任意の規則的パターンまたはランダムなパターンであってよい。LED構造2の上面形状も、五角形、六角形及び八角形など他の多角形であってもよい。LED構造1とLED構造2の表面及びLED構造2の側壁を粗面化して光取り出しを高めることができる。図９Ｃに示されたLED構造2の上面形状は、円形であり、光取り出し向上のために粗面化された側壁を備えている。図９Ｄは、本発明の一実施形態による十字パターンの上面図であり、LED構造1は、LED構造2に囲まれた十字形状を有している。十字形状のLED構造1は、分離領域192において、LED構造2に対して凹んでいる。十字形のLED構造1とLED構造2は、十字形のLED構造1の４つの先端で、傾斜領域122を介して一体領域102において１つのLED構造に結合されている。図５Ａ〜５Ｄに示されたように、１つのLEDチップは、図９Ｄに示す１つまたは複数の十字パターンを含むことができる。同様に、星形のような凹んだ多角形のLED構造1が、頂点に傾斜領域を備えていてもよい。図９Ｅに示されたのは、本発明の一実施形態による螺旋形構造であり、LED構造2は、螺旋形の壁となり、LED構造1は、対応する螺旋形の溝となり、LED構造1と2は、一体領域102における螺旋形の壁および溝の両端において、傾斜領域122により1つのLED構造に結合されている。LED構造2の幅W2は、10〜200μmとすることができ、好ましくは、50〜100μm、より好ましくは20〜50μmである。隣接するLED構造2の間隔W1（ここでは、LED構造1の幅でもある）は、20〜100μmとすることができる。比W2/W1は0.2〜1とすることができる。
【００５０】
図６Ａ〜６Ｂと図７Ａ〜７Ｂは、そのような傾斜領域122を作製する２つの方法を示す。傾斜領域は、一体領域102および分離領域192の製作後、基板10またはテンプレート層20の上に製作されることができる。ここで、図６Ａ〜６Ｂ及び図７Ａ〜７Ｂは、図５ＢのＡ−Ａ’線に沿った断面を示す。
【００５１】
図６Ａに示されるように、標準的なリソグラフィおよびエッチングプロセスを用いて、一体領域102におけるメサ120と分離領域192におけるメサ25（不図示）を適宜パターンで含むメサが、テンプレート層20上に形成される。メサ120とメサ25は、同じ高さを持っており、かつ、上面を共用していてもよい。傾斜領域122の形成に使用される領域を除いて、メサ25、メサ120及び露出したテンプレート層20を含む表面全体は、二酸化ケイ素などの保護層で覆われており、この保護層は、一体領域102における保護層622及び分離領域192における保護層621を含んでいる。メサは、テンプレート層20または基板10にエピタキシャル成長された1つのまたは複数の層から作製することができ、またはメサは、テンプレート層20または基板10の一部であることもできる。図６Ａの構造は、次いで、有機金属気相成長（MOCVD）装置および分子線エピタキシー（MBE）装置などのエピタキシー炉内に導入される。図６Ａの構造は、300μm/時間に達することができる速い成長速度を利用すると、ハイドライド気相成長（HVPE）装置に導入されることが好ましい。エピタキシャル成長は、傾斜領域122におけるテンプレート層20の露出部分及びメサ120の側壁から始まって、傾斜上面122’を持つ膜1201を形成する。保護層621及び622の上部に成長するのは多結晶膜であり、その多結晶膜は、例えばウェットケミカルエッチングによって、保護層621及び622と一緒に容易に除去することができる。エッチングによる保護層621および622の除去後、図６Ｂに示す構造が得られ、その構造は、次いで、当該技術における任意の公知のエピタキシャル成長方法に従ってLED構造をエピタキシャル成長させるためのエピタキシー炉に導入されて、図５Ａに示すようなLED構造1とLED構造2を同時に形成する。なお、保護層621の厚さは、例えば70〜150μm、ほぼ100μmと非常に小さいので、層1201と層20の間の段差も非常に小さい。この段差は、その後のLED構造成長の間に容易に平坦にすることができる。
【００５２】
図７Ａ〜７Ｂに、メサ120よりも低い高さを有する1つまたは複数の追加のメサ120'を付加することによる、傾斜領域122を製作する代替の方法を示す。図６Ａ及び６Ｂで説明した方法と同様、エピタキシャル成長及びエッチングによって、傾斜表面122’を持つ膜1201が、より小さな傾斜で得られる。異なる高さを持つ3つまたはより多くのメサを利用して、より平坦で、かつ、緩やかな傾斜領域122を形成できることが理解される。メサ120’は、例えば、図６Ａ及び６Ｂに記載の方法でメサ120とメサ25を形成後、メサ120の選択された部分をパターニング及びエッチングするなど既知の方法で製作できる。
【００５３】
図５Ａ及び５Ｂに示す実施形態では、図８Ａ〜８Ｃに従って電気的接続を達成することができる。ここで、メサ25は、上層253、中間層252及び底層251といった、３つの層または部分を含む。底層251は、ｎ型層または絶縁層であってよく、中間層252は、絶縁層またはｐ型層であってよく、図１及び図３に示した実施形態の層251及び252と同様である。上層253は絶縁層である。メサ25は、単独の絶縁層で作製することもできるし、またはテンプレート層20または基板10の一部分で作製することもできる。図６Ｂ及び７Ｂに示されたような構造にｎ型層、活性領域及びｐ型層をエピタキシャル成長させると、分離領域192において、メサ25及び周囲に露出したテンプレート層20にそれぞれLED構造2及びLED構造1が形成される。LED構造2は、ｎ型層302、活性領域402及びｐ型層502を含んでおり、LED構造1は、ｎ型層301、活性領域401及びｐ型層501を含んでいる。メサ25の側壁は十分に急でかつ高く、LED構造において、メサ25の側壁を超えて連続成長する層はないので、LED構造1は分離領域192においてLED構造2と分離している。このような非連続のLED構造は、横方向の光吸收及び活性領域における応力を低下させ、言い換えると光取り出し効率とLED構造の安定性を向上することができる。LED構造1及び2は、一体領域102のメサ120上で単一のLED構造に結合され、単一のLED構造は、両ｎ型層301及び302を接続するｎ型層と、両活性領域401及び402を接続する活性領域と、両ｐ型層501及び502を接続するｐ型層とを含んでいる。ｐ型電流拡散層、好ましくはインジウムスズ酸化物（ITO）などの透明導電層が堆積され、例えば、スパッタリングまたは電子ビーム蒸着法にて、ｐ型層501上のｐ型電流拡散層801、及びｐ型層502上のｐ型電流拡散層802を同時に形成する。一体領域102にもｐ型電流拡散層の一部が形成される。ｐ型電流拡散層801の厚さを適当に選択して、ｐ型電流拡散層801の上面とｎ型層302の底面の間に十分な垂直のギャップを維持する。つまりｐ型電流拡散層801とｎ型層302をメサ25の側壁に沿って分離させる。次いで、ｐ型電流拡散層801、802及び一体領域102の電流拡散層の一部の上面に第1の絶縁誘電体層を堆積して、電流拡散層801上の絶縁誘電体層611及びｐ型電流拡散層802上の絶縁誘電体層612を形成する。第１の絶縁誘電体層は、好ましくは酸化シリコンまたは窒化シリコンから構成されるが、他の絶縁材料も使用でき、また、第１の絶縁誘電体層の厚さは100nm〜1000nmとする。その後、分離領域192において絶縁誘電体層611にｎ型電流拡散層901、好ましくはインジウムスズ酸化物（ITO）など透明導電層を堆積する。このｎ型絶縁誘電体層は、構造全体の上にｎ型電流拡散層を堆積し、次いで、エッチングにてｎ型電流拡散層の不要な部分を除去して、分離領域192のみにｎ型電流拡散層901を残すと、ｎ型電流拡散層901は、ｐ型層502と接しないようになる。ｎ型電流拡散層901は、ｎ型層302とその側壁により接する。ｎ型電流拡散層901の厚さは、好ましくはｎ型層302の厚さより高いが、ｎ型層302と活性領域402の厚さの総和より薄い。ｎ型電流拡散層901は、活性領域402と接していてもよいし接していなくてもよい。次に、既知の方法でｎ型電流拡散層901の上面に酸化シリコンなどの保護層613を形成する。最後に、標準的なリソグラフィ及び金属化プロセスにより、ｐ型電流拡散層802及びｎ型電流拡散層901にそれぞれ陽極コンタクト713及び陰極コンタクト711を製作する。
【００５４】
ｐ型電流拡散層801及び802は、一体領域102において1つのｐ型電流拡散層に結合されるので、陽極コンタクト713から注入された正孔は、ｐ型電流拡散層802及びｐ型層502を通って活性領域402へ流れ、同時に、陽極コンタクト713から注入された正孔は、ｐ型電流拡散層801及びｐ型層501を通って活性領域401へも流れる。同様に、ｎ型層301及び302は、一体領域102において１つのｎ型層に結合されるので、陰極コンタクト711から注入された電子はｎ型電流拡散層901及びｎ型層302を通って活性領域402へ流れ、同時に、陰極コンタクト711から注入された電子は、ｎ型電流拡散層901及びｎ型層302をを通って活性領域401へも流れる。従って、LED構造2とLED構造1は、本当の3D接続方式により並列に接続されている。
【００５５】
LED構造における陰極コンタクトとｎ型層との間の電気的接続抵抗を下げるために、１つのLEDチップにおけるLED構造2の数及び密度を増加することができる。１つのLEDチップにおけるLED構造2の数は、図５Ａ〜５Ｄに示すような細長いロッド形状のLED構造2においては、1〜50であってよく、好ましくは3〜20、より好ましくは5〜10である。また、図８Ｂに示すように、追加の陰極コンタクト712を付加してもよい。
【００５６】
図８Ｂに示す構造は、ｎ型層301に追加の陰極コンタクト712を備えること以外は、図８Ａに示す構造と同じである。図８Ｂに示す構造は、以下のような方法で製作することができる。図８Ａとともに上述したように、ｎ型電流拡散層901の形成後、保護層613を形成する前に、ｎ型電流拡散層901、絶縁層611、ｐ型電流拡散層801、ｐ型層501及び活性領域401の一部を除去してｎ型層301を露出させ、またはｎ型層301の中までエッチングして、ｎ型電流拡散層901、絶縁層611、ｐ型電流拡散層801、ｐ型層501及び活性領域401に溝を形成する。次いで、導電層を堆積して、ｎ型電流拡散層901上の陰極コンタクト711、ｎ型層上の追加の陰極コンタクト712及びｐ型電流拡散層802上の陽極コンタクト713を形成する。2つの陰極コンタクト711及び712は、ワイヤボンディングによって陰極と接続される。上記のすべてのパターニング、エッチング、堆積及びエピタキシャル成長はいずれもこの技術における既知の方法を採用してよい。
【００５７】
図８Ａ〜８Ｃに示すLEDの実施形態のｎ側の直列抵抗は、ｐ側の直列抵抗より大きいと予想されるが、これは、ｎ型電流拡散層901が側壁によりLED構造2のｎ型層302と接しているからである。ｎ側の直列抵抗を下げるために、LED構造2の数及び密度を増加することができる。そのほかに、LED構造2の幅は、隣接するLED構造2の間隔W1より小さくすることができる。LED構造2の幅W2は、10〜200μmとすることができ、好ましくは50〜100μm、より好ましくは20〜50μmである。LED構造2の間隔W1は、20〜200μmとすることができ、好ましくは20〜50μmである。比W2/ W1は0.2〜1とすることができる。
【００５８】
図８Ｃに示す実施形態において、薄膜構造が実現される。図８Ｃに示す薄膜構造は、基板10が取り除かれるか、または導電基板704に置き換えられること以外は図８Ａに示す構造と同じである。導電基板704は、ITOまたはZnOウエハーなどの透明導電材料、または上面が反射体で被覆された導電金属またはシリコンウエハーであってよい。図８Ｃでは、導電基板704の底部に追加の陰極コンタクト714が形成される。2つの陰極コンタクト711及び714は、ワイヤボンディングにより陰極に接続される。
【００５９】
図１０に示されたのは、本発明による多数のLEDチップの配列を示すウエハーの略図である。1つのウエハーは、チップサイズに応じて1500〜20000個のLEDチップを含むことができる。通常、１つのLEDチップのサイズは、数百μm〜数mmとすることができる。
【００６０】
本発明を典型的な実施形態を用いて説明したが、本発明の範囲は、上記の実施形態に限定されないことが理解される。一方、種々の変更および類似の構造または等価物に及ぶことを意図しているので、特許請求の範囲は、そのようなすべての変更および類似の構造または等価物を包含するように最も広く解釈されるべきである。例えば、上記の実施形態及び図面（例えば図５Ａ及び図５Ｂ）に記載されたように、下方のLED構造1は、一体領域102において傾斜領域122により結合して上方の一体LED構造になり、LED構造2は、一体LED構造と同じ高さにある。明らかに、一体LED構造を下方のLED構造1と同じ高さに作製し、LED構造2が一体LED構造より高いことも可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体領域、分離領域及びそれらの間の傾斜領域を含む基板と、
前記基板の上に形成されたメサであって、前記メサの上面は、前記分離領域において前記メサにより露出された前記基板の上面と垂直にずれており、前期分離領域において前記メサにより露出された前記基板の上面は、前記傾斜領域の斜面を介して、一体領域における前記メサの上面と接続されるようにされたメサと、
前記分離領域において前記メサにより露出された基板の上面に形成された第１のLED構造、及び前記分離領域において前記メサの上面に形成された第2のLED構造であって、前記第１のLED構造は、第１のｎ型層、第１の活性領域及び第１のｐ型層を含んでおり、前記第２のLED構造は、第２のｎ型層、第２の活性領域及び第２のｐ型層を含んでおり、前記第１及び第２のLED構造は、前記分離領域において互いに分離しているが、前記一体領域においては、前記第１のｎ型層と前記第２のｎ型層とが１つのｎ型層に結合され、前記第１の活性領域と前記第２の活性領域とが１つの活性領域に結合され、前記第１のｐ型層と前記第２のｐ型層とが１つのｐ型層に結合されるようにされた第１及び第２のLED構造と、を有していることを特徴とする発光ダイオード（LED）チップ。
【請求項２】
前記基板と前記メサとの間に更にテンプレート層を含み、前記テンプレート層上に前記メサが形成され、前記メサの上面は、前記分離領域において前記メサにより露出されたテンプレート層の上面と垂直にずれ、前記分離領域において前記メサにより露出されたテンプレート層の上面は、前記傾斜領域の斜面により前記一体領域のメサの上面と接続され、前記第１のLED構造は、前記分離領域において前記メサにより露出されたテンプレート層の上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のLEDチップ。
【請求項３】
前記メサは、絶縁性上層、中間層及び底層を含んでおり、前記基板の上に前記第１のLED構造の第１のｎ型層が成長される場合、前記中間層はその側壁を介して前記第１のｐ型層及び前記第１の活性領域と接し、前記底層はその側壁を介して前記第１の活性領域及び前記第１のｎ型層と接し、一方、前記基板の上に前記第１のLED構造の第１のｐ型層が成長される場合、前記中間層はその側壁を介して前記第１のｎ型層及び前記第１の活性領域と接し、前記底層はその側壁を介して前記第１の活性領域及び前記第１のｐ型層と接することを特徴とする請求項１に記載のLEDチップ。
【請求項４】
前記基板に前記第１のLED構造の第１のｎ型層が成長される場合、前記中間層は絶縁層でありかつ前記底層はｎ型層であるか、または前記中間層はｐ型層でありかつ前記底層は絶縁層であり、一方、前記基板の上に前記第１のLED構造の第１のｐ型層が成長される場合、前記中間層は絶縁層でありかつ前記底層はｐ型層であるか、または前記中間層はｎ型層でありかつ前記底層は絶縁層であることを特徴とする請求項３に記載のLEDチップ。
【請求項５】
前記傾斜領域に、前記第１のLED構造と前記第２のLED構造とを分離するギャップをさらに有していることを特徴とする請求項１に記載のLEDチップ。
【請求項６】
一体領域、分離領域及びそれらの間に位置する傾斜領域を含む、エピタキシャル成長用の基材であって、少なくとも、第１の表面の組及びそれと垂直にずれた第２の表面の組を前記分離領域に含んでおり、前記第１の表面と前記第２の表面は、前記傾斜領域のおける斜面を介して前記一体領域において１つの表面に結合されるようにされた基材と、
前記分離領域の第1の表面に形成された第１のLED構造及び前記分離領域の第２の表面に形成された第２のLED構造であって、前記第１のLED構造は、第１のｎ型層、第１の活性領域及び第１のｐ型層を含み、前記第２のLED構造は、第２のｎ型層、第２の活性領域及び第２のｐ型層を含み、前記第１及び第２のLED構造は、前記分離領域において互いに分離しているが、前記一体領域では、前記傾斜領域の斜面を介して、前記第１のｎ型層と前記第２のｎ型層とが１つのｎ型層に結合され、前記第１の活性領域と前記第２の活性領域とが１つの活性領域に結合され、前記第１のｐ型層と前記第２のｐ型層とが１つのｐ型層に結合されるようにされた第１及び第２のLED構造と、
を有していることを特徴とするLEDチップ。
【請求項７】
前記基材は、垂直にずれた上面を備えた基板と、前記基板に倣って形成されたテンプレート層と、を含んでいることを特徴とする請求項６に記載のLEDチップ。
【請求項８】
前記基材は、平坦な基板と、垂直にずれた上面を備えたテンプレート層と、を含んでいることを特徴とする請求項６に記載のLEDチップ。
【請求項９】
前記基材は、平坦な基板と、前記基板の上に形成された所定のパターンのメサと、を含んでいることを特徴とする請求項６に記載のLEDチップ。
【請求項１０】
前記基材は、平坦な基板と、前記基板の上に形成された平坦なテンプレート層と、前記テンプレート層の上に形成された所定のパターンのメサと、を含み、前記分離領域における前記メサの上面は前記第２の表面を構成し、前記メサにより露出された前記テンプレート層の上面は前記第１の表面を構成していることを特徴とする請求項６に記載のLEDチップ。
【請求項１１】
前記メサは、絶縁性上層、中間層及び底層を含み、前記基材に前記第１のLED構造の第１のｎ型層が成長される場合、前記中間層はその側壁を介して前記第１のｐ型層及び前記第１の活性領域と接し、かつ前記底層はその側壁を介して前記第１の活性領域及び前記第１のｎ型層と接し、一方、前記基材に前記第１のLED構造の第１のｐ型層が成長される場合、前記中間層はその側壁を介して前記第１のｎ型層及び前記第１の活性領域と接し、かつ前記底層はその側壁を介して前記第１の活性領域及び前記第１のｐ型層と接していることを特徴とする請求項１０に記載のLEDチップ。
【請求項１２】
前記基材に前記第１のLED構造の第１のｎ型層が成長される場合、前記中間層は絶縁層でありかつ前記底層はｎ型層であるか、または前記中間層はｐ型層でありかつ前記底層は絶縁層であり、一方、前記基材に前記第１のLED構造の第１のｐ型層が成長される場合、前記中間層は絶縁層でありかつ前記底層はｐ型層であるか、または前記中間層はｎ型層でありかつ前記底層は絶縁層であることを特徴とする請求項１１に記載のLEDチップ。
【請求項１３】
前記傾斜領域に、前記第１及び第２のLED構造を分離するギャップをさらに有していることを特徴とする請求項６に記載のLEDチップ。
【請求項１４】
基板と、
前記基板の上に形成されたメサであって、その上面が、前記メサにより露出された前記基板の上面と垂直にずれるようにされたメサと、
前記メサにより露出された基板の上面に形成された第１のLED構造、及び前記メサの上面に形成された第２のLED構造であって、前記第１のLED構造は、第１のｎ型層、第１の活性領域及び第１のｐ型層を含み、前記第２のLED構造は、第２のｎ型層、第２の活性領域及び第２のｐ型層を含いる第１及び第２のLED構造と、を有し、
前記基板及び前記メサの上に前記第１及び第２のｎ型層が成長される場合、前記第１のｐ型層はその側壁を介して前記第２のｎ型層と接し、前記基板及び前記メサの上に前記第１及び第２のｐ型層が成長される場合、前記第１のｎ型層はその側壁を介して前記第２のｐ型層と接することを特徴とするLEDチップ。
【請求項１５】
前記基板と前記メサとの間に更にテンプレート層を含み、前記テンプレート層の上に前記メサが形成され、前記メサの上面は、前記メサにより露出された前記テンプレート層の上面と垂直にずれ、前記メサにより露出された前記テンプレート層の上に前記第１のLED構造が形成されることを特徴とする請求項１４に記載のLEDチップ。
【請求項１６】
前記メサは、上層及び底層を含み、前記基板及び前記メサの上に前記第１及び第２のｎ型層が成長される場合、前記上層はその側壁を介して前記第１のｐ型層及び前記第１の活性領域と接し、前記底層はその側壁を介して前記第１の活性領域及び前記第１のｎ型層と接し、前記上層は絶縁層でありかつ前記底層はｎ型層であるか、または前記上層はｐ型層でありかつ前記底層は絶縁層であり、一方、前記基板及び前記メサの上に前記第１及び第２のｐ型層が成長される場合、前記上層はその側壁を介して前記第１のｎ型層及び前記第１の活性領域と接し、前記底層はその側壁を介して前記第１の活性領域及び前記第１のｐ型層と接し、前記上層は絶縁層でありかつ前記底層はｐ型層であるか、または前記上層はｎ型層でありかつ前記底層は絶縁層であることを特徴とする請求項１４に記載のLEDチップ。
【請求項１７】
基板と、
前記基板の上に形成されたメサであって、その表面が、前記メサにより露出された基板の上面と垂直にずれているメサと、
前記メサにより完全に分離されている、前記メサにより露出された前記基板の上に形成された第１のLED構造及び前記メサの上に形成された第２のLED構造とを含むことを特徴とするLEDチップ。
【請求項１８】
前記基板と前記メサとの間にさらにデル層を含み、前記テンプレート層に前記メサが形成され、前記メサの上面は、前記メサにより露出された前記テンプレート層の上面と垂直にずれており、前記メサにより露出された前記テンプレート層の上に前記第1のLED構造が形成されることを特徴とする請求項１７に記載のLEDチップ。
【請求項１９】
前記メサは、絶縁性上層及び底層を含み、前記基板及び前記メサの上に前記第１及び第２のｎ型層が成長される場合、前記上層はその側壁を介して前記第１のｐ型層及び前記第１の活性領域と接し、前記底層はその側壁を介して前記第１の活性領域及び前記第１のｎ型層と接し、かつ前記底層はｎ型層または絶縁層であり、一方、前記基板及び前記メサの上に前記第１及び第２のｐ型層が成長される場合、前記上層はその側壁を介して前記第１のｎ型層及び前記第１の活性領域と接し、前記底層はその側壁を介して前記第１の活性領域及び前記第１のｐ型層と接し、かつ前記底層はｐ型層または絶縁層であることを特徴とする請求項１７に記載のLEDチップ。
【請求項２０】
一体領域、分離領域及びそれらの間の傾斜領域を有する基板を用意することと、
前記基板の上にメサを形成することであって、前記メサの上面が、前記分離領域において前記メサにより露出された基板の上面に対して垂直にずれ、前記分離領域において前記メサにより露出された前記基板の上面が、前記一体領域における前記メサの上面と、前記傾斜領域の斜面を介して接続されるようにすることと、
前記メサ及び前記基板の上にLED構造を堆積して、前記分離領域において前記メサにより露出された前記基板の上面の第１のLED構造及び前記メサの上面の第２のLED構造を形成することであって、前記第１及び第２のLED構造は、前記分離領域では互いに分離しているが、前記一体領域において１つのLED構造に結合され、前記第１のLED構造は、第１のｎ型層、第１の活性領域及び第１のｐ型層を含み、前記第２のLED構造は、第２のｎ型層、第２の活性領域及び第２のｐ型層を含むようにすることと、
を含んでいることを特徴とする、発光デバイスの製造方法。
【請求項２１】
前記LED構造を堆積するステップは、
前記メサ及び前記基板の上にｎ型層を堆積して、前記分離領域において、前記メサにより露出された前記基板の上面の前記第１のｎ型層、及び前記メサの上の前記第２のｎ型層を形成することと、
前記ｎ型層の上に活性領域を堆積して、前記第１のｎ型層の上の前記第１の活性領域、及び前記第２のｎ型層の上の前記第２の活性領域を形成することと、
前記活性領域の上にｐ型層を堆積して、前記第１の活性領域の上の前記第１のｐ型層、及び前記第２の活性領域の上の前記第２のｐ型層を形成することと、を含み、
前記一体領域では前記傾斜領域を介して、前記第１及び第２のｎ型層を１つのｎ型層に結合し、前記第１及び第２の活性領域を１つの活性領域に結合し、前記第１及び第２のｐ型層を１つのｐ型層に結合することを特徴とする請求項２０に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記メサを形成する前に、前記基板の上にさらにテンプレート層を堆積し、前記テンプレート層の上に前記メサを形成することを特徴とする請求項２０に記載の製造方法。
【請求項２３】
前記メサを形成するステップは、
前記テンプレート層上にメサ層を堆積することと、
前記メサ層をパターニング及びエッチングして、所定のパターンを持つ前記メサを形成することと、
前記傾斜領域において前記テンプレート層及び前記メサの側壁を露出させて、前記メサ及び前記テンプレート層の上に保護層を形成することと、
前記傾斜領域の、露出した前記テンプレート層及び前記メサの側壁に、傾斜した上面を備えた膜を成長させることと、
を含むことを特徴とする請求項２２に記載の製造方法。
【請求項２４】
前記メサ層をパターニング及びエッチングして所定のパターンを持つメサを形成するステップの後、前記所定のパターンを持つメサをパターニング及びエッチングして、前記傾斜領域に段差構造を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の製造方法。
【請求項２５】
前記第１のLED構造と前記第２のLED構造とを分離させるギャップを前記傾斜領域に形成することを更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の製造方法。
【請求項１】
一体領域、分離領域及びそれらの間の傾斜領域を含む基板と、
前記基板の上に形成されたメサであって、前記メサの上面は、前記分離領域において前記メサにより露出された前記基板の上面と垂直にずれており、前期分離領域において前記メサにより露出された前記基板の上面は、前記傾斜領域の斜面を介して、一体領域における前記メサの上面と接続されるようにされたメサと、
前記分離領域において前記メサにより露出された基板の上面に形成された第１のLED構造、及び前記分離領域において前記メサの上面に形成された第2のLED構造であって、前記第１のLED構造は、第１のｎ型層、第１の活性領域及び第１のｐ型層を含んでおり、前記第２のLED構造は、第２のｎ型層、第２の活性領域及び第２のｐ型層を含んでおり、前記第１及び第２のLED構造は、前記分離領域において互いに分離しているが、前記一体領域においては、前記第１のｎ型層と前記第２のｎ型層とが１つのｎ型層に結合され、前記第１の活性領域と前記第２の活性領域とが１つの活性領域に結合され、前記第１のｐ型層と前記第２のｐ型層とが１つのｐ型層に結合されるようにされた第１及び第２のLED構造と、を有していることを特徴とする発光ダイオード（LED）チップ。
【請求項２】
前記基板と前記メサとの間に更にテンプレート層を含み、前記テンプレート層上に前記メサが形成され、前記メサの上面は、前記分離領域において前記メサにより露出されたテンプレート層の上面と垂直にずれ、前記分離領域において前記メサにより露出されたテンプレート層の上面は、前記傾斜領域の斜面により前記一体領域のメサの上面と接続され、前記第１のLED構造は、前記分離領域において前記メサにより露出されたテンプレート層の上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のLEDチップ。
【請求項３】
前記メサは、絶縁性上層、中間層及び底層を含んでおり、前記基板の上に前記第１のLED構造の第１のｎ型層が成長される場合、前記中間層はその側壁を介して前記第１のｐ型層及び前記第１の活性領域と接し、前記底層はその側壁を介して前記第１の活性領域及び前記第１のｎ型層と接し、一方、前記基板の上に前記第１のLED構造の第１のｐ型層が成長される場合、前記中間層はその側壁を介して前記第１のｎ型層及び前記第１の活性領域と接し、前記底層はその側壁を介して前記第１の活性領域及び前記第１のｐ型層と接することを特徴とする請求項１に記載のLEDチップ。
【請求項４】
前記基板に前記第１のLED構造の第１のｎ型層が成長される場合、前記中間層は絶縁層でありかつ前記底層はｎ型層であるか、または前記中間層はｐ型層でありかつ前記底層は絶縁層であり、一方、前記基板の上に前記第１のLED構造の第１のｐ型層が成長される場合、前記中間層は絶縁層でありかつ前記底層はｐ型層であるか、または前記中間層はｎ型層でありかつ前記底層は絶縁層であることを特徴とする請求項３に記載のLEDチップ。
【請求項５】
前記傾斜領域に、前記第１のLED構造と前記第２のLED構造とを分離するギャップをさらに有していることを特徴とする請求項１に記載のLEDチップ。
【請求項６】
一体領域、分離領域及びそれらの間に位置する傾斜領域を含む、エピタキシャル成長用の基材であって、少なくとも、第１の表面の組及びそれと垂直にずれた第２の表面の組を前記分離領域に含んでおり、前記第１の表面と前記第２の表面は、前記傾斜領域のおける斜面を介して前記一体領域において１つの表面に結合されるようにされた基材と、
前記分離領域の第1の表面に形成された第１のLED構造及び前記分離領域の第２の表面に形成された第２のLED構造であって、前記第１のLED構造は、第１のｎ型層、第１の活性領域及び第１のｐ型層を含み、前記第２のLED構造は、第２のｎ型層、第２の活性領域及び第２のｐ型層を含み、前記第１及び第２のLED構造は、前記分離領域において互いに分離しているが、前記一体領域では、前記傾斜領域の斜面を介して、前記第１のｎ型層と前記第２のｎ型層とが１つのｎ型層に結合され、前記第１の活性領域と前記第２の活性領域とが１つの活性領域に結合され、前記第１のｐ型層と前記第２のｐ型層とが１つのｐ型層に結合されるようにされた第１及び第２のLED構造と、
を有していることを特徴とするLEDチップ。
【請求項７】
前記基材は、垂直にずれた上面を備えた基板と、前記基板に倣って形成されたテンプレート層と、を含んでいることを特徴とする請求項６に記載のLEDチップ。
【請求項８】
前記基材は、平坦な基板と、垂直にずれた上面を備えたテンプレート層と、を含んでいることを特徴とする請求項６に記載のLEDチップ。
【請求項９】
前記基材は、平坦な基板と、前記基板の上に形成された所定のパターンのメサと、を含んでいることを特徴とする請求項６に記載のLEDチップ。
【請求項１０】
前記基材は、平坦な基板と、前記基板の上に形成された平坦なテンプレート層と、前記テンプレート層の上に形成された所定のパターンのメサと、を含み、前記分離領域における前記メサの上面は前記第２の表面を構成し、前記メサにより露出された前記テンプレート層の上面は前記第１の表面を構成していることを特徴とする請求項６に記載のLEDチップ。
【請求項１１】
前記メサは、絶縁性上層、中間層及び底層を含み、前記基材に前記第１のLED構造の第１のｎ型層が成長される場合、前記中間層はその側壁を介して前記第１のｐ型層及び前記第１の活性領域と接し、かつ前記底層はその側壁を介して前記第１の活性領域及び前記第１のｎ型層と接し、一方、前記基材に前記第１のLED構造の第１のｐ型層が成長される場合、前記中間層はその側壁を介して前記第１のｎ型層及び前記第１の活性領域と接し、かつ前記底層はその側壁を介して前記第１の活性領域及び前記第１のｐ型層と接していることを特徴とする請求項１０に記載のLEDチップ。
【請求項１２】
前記基材に前記第１のLED構造の第１のｎ型層が成長される場合、前記中間層は絶縁層でありかつ前記底層はｎ型層であるか、または前記中間層はｐ型層でありかつ前記底層は絶縁層であり、一方、前記基材に前記第１のLED構造の第１のｐ型層が成長される場合、前記中間層は絶縁層でありかつ前記底層はｐ型層であるか、または前記中間層はｎ型層でありかつ前記底層は絶縁層であることを特徴とする請求項１１に記載のLEDチップ。
【請求項１３】
前記傾斜領域に、前記第１及び第２のLED構造を分離するギャップをさらに有していることを特徴とする請求項６に記載のLEDチップ。
【請求項１４】
基板と、
前記基板の上に形成されたメサであって、その上面が、前記メサにより露出された前記基板の上面と垂直にずれるようにされたメサと、
前記メサにより露出された基板の上面に形成された第１のLED構造、及び前記メサの上面に形成された第２のLED構造であって、前記第１のLED構造は、第１のｎ型層、第１の活性領域及び第１のｐ型層を含み、前記第２のLED構造は、第２のｎ型層、第２の活性領域及び第２のｐ型層を含いる第１及び第２のLED構造と、を有し、
前記基板及び前記メサの上に前記第１及び第２のｎ型層が成長される場合、前記第１のｐ型層はその側壁を介して前記第２のｎ型層と接し、前記基板及び前記メサの上に前記第１及び第２のｐ型層が成長される場合、前記第１のｎ型層はその側壁を介して前記第２のｐ型層と接することを特徴とするLEDチップ。
【請求項１５】
前記基板と前記メサとの間に更にテンプレート層を含み、前記テンプレート層の上に前記メサが形成され、前記メサの上面は、前記メサにより露出された前記テンプレート層の上面と垂直にずれ、前記メサにより露出された前記テンプレート層の上に前記第１のLED構造が形成されることを特徴とする請求項１４に記載のLEDチップ。
【請求項１６】
前記メサは、上層及び底層を含み、前記基板及び前記メサの上に前記第１及び第２のｎ型層が成長される場合、前記上層はその側壁を介して前記第１のｐ型層及び前記第１の活性領域と接し、前記底層はその側壁を介して前記第１の活性領域及び前記第１のｎ型層と接し、前記上層は絶縁層でありかつ前記底層はｎ型層であるか、または前記上層はｐ型層でありかつ前記底層は絶縁層であり、一方、前記基板及び前記メサの上に前記第１及び第２のｐ型層が成長される場合、前記上層はその側壁を介して前記第１のｎ型層及び前記第１の活性領域と接し、前記底層はその側壁を介して前記第１の活性領域及び前記第１のｐ型層と接し、前記上層は絶縁層でありかつ前記底層はｐ型層であるか、または前記上層はｎ型層でありかつ前記底層は絶縁層であることを特徴とする請求項１４に記載のLEDチップ。
【請求項１７】
基板と、
前記基板の上に形成されたメサであって、その表面が、前記メサにより露出された基板の上面と垂直にずれているメサと、
前記メサにより完全に分離されている、前記メサにより露出された前記基板の上に形成された第１のLED構造及び前記メサの上に形成された第２のLED構造とを含むことを特徴とするLEDチップ。
【請求項１８】
前記基板と前記メサとの間にさらにデル層を含み、前記テンプレート層に前記メサが形成され、前記メサの上面は、前記メサにより露出された前記テンプレート層の上面と垂直にずれており、前記メサにより露出された前記テンプレート層の上に前記第1のLED構造が形成されることを特徴とする請求項１７に記載のLEDチップ。
【請求項１９】
前記メサは、絶縁性上層及び底層を含み、前記基板及び前記メサの上に前記第１及び第２のｎ型層が成長される場合、前記上層はその側壁を介して前記第１のｐ型層及び前記第１の活性領域と接し、前記底層はその側壁を介して前記第１の活性領域及び前記第１のｎ型層と接し、かつ前記底層はｎ型層または絶縁層であり、一方、前記基板及び前記メサの上に前記第１及び第２のｐ型層が成長される場合、前記上層はその側壁を介して前記第１のｎ型層及び前記第１の活性領域と接し、前記底層はその側壁を介して前記第１の活性領域及び前記第１のｐ型層と接し、かつ前記底層はｐ型層または絶縁層であることを特徴とする請求項１７に記載のLEDチップ。
【請求項２０】
一体領域、分離領域及びそれらの間の傾斜領域を有する基板を用意することと、
前記基板の上にメサを形成することであって、前記メサの上面が、前記分離領域において前記メサにより露出された基板の上面に対して垂直にずれ、前記分離領域において前記メサにより露出された前記基板の上面が、前記一体領域における前記メサの上面と、前記傾斜領域の斜面を介して接続されるようにすることと、
前記メサ及び前記基板の上にLED構造を堆積して、前記分離領域において前記メサにより露出された前記基板の上面の第１のLED構造及び前記メサの上面の第２のLED構造を形成することであって、前記第１及び第２のLED構造は、前記分離領域では互いに分離しているが、前記一体領域において１つのLED構造に結合され、前記第１のLED構造は、第１のｎ型層、第１の活性領域及び第１のｐ型層を含み、前記第２のLED構造は、第２のｎ型層、第２の活性領域及び第２のｐ型層を含むようにすることと、
を含んでいることを特徴とする、発光デバイスの製造方法。
【請求項２１】
前記LED構造を堆積するステップは、
前記メサ及び前記基板の上にｎ型層を堆積して、前記分離領域において、前記メサにより露出された前記基板の上面の前記第１のｎ型層、及び前記メサの上の前記第２のｎ型層を形成することと、
前記ｎ型層の上に活性領域を堆積して、前記第１のｎ型層の上の前記第１の活性領域、及び前記第２のｎ型層の上の前記第２の活性領域を形成することと、
前記活性領域の上にｐ型層を堆積して、前記第１の活性領域の上の前記第１のｐ型層、及び前記第２の活性領域の上の前記第２のｐ型層を形成することと、を含み、
前記一体領域では前記傾斜領域を介して、前記第１及び第２のｎ型層を１つのｎ型層に結合し、前記第１及び第２の活性領域を１つの活性領域に結合し、前記第１及び第２のｐ型層を１つのｐ型層に結合することを特徴とする請求項２０に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記メサを形成する前に、前記基板の上にさらにテンプレート層を堆積し、前記テンプレート層の上に前記メサを形成することを特徴とする請求項２０に記載の製造方法。
【請求項２３】
前記メサを形成するステップは、
前記テンプレート層上にメサ層を堆積することと、
前記メサ層をパターニング及びエッチングして、所定のパターンを持つ前記メサを形成することと、
前記傾斜領域において前記テンプレート層及び前記メサの側壁を露出させて、前記メサ及び前記テンプレート層の上に保護層を形成することと、
前記傾斜領域の、露出した前記テンプレート層及び前記メサの側壁に、傾斜した上面を備えた膜を成長させることと、
を含むことを特徴とする請求項２２に記載の製造方法。
【請求項２４】
前記メサ層をパターニング及びエッチングして所定のパターンを持つメサを形成するステップの後、前記所定のパターンを持つメサをパターニング及びエッチングして、前記傾斜領域に段差構造を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の製造方法。
【請求項２５】
前記第１のLED構造と前記第２のLED構造とを分離させるギャップを前記傾斜領域に形成することを更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−３３８５９（Ｐ２０１２−３３８５９Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７１９３（Ｐ２０１１−２７１９３）
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（５１１０２９６６０）インベンルクス コーポレイション (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（５１１０２９６６０）インベンルクス コーポレイション (2)
【Ｆターム（参考）】
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