半導体ダイ、発光デバイス、製造する方法および多波長光を生成する方法
【課題】より長い波長の発光効率を上昇させることが可能な半導体ダイ、発光デバイス、製造する方法および多波長光を生成する方法を提供する。
【解決手段】半導体ダイは、少なくとも1つの第1の領域と少なくとも1つの第2の領域とを含む。少なくとも1つの第1の領域は、少なくとも第1の波長を有する光を発光するように構成される。少なくとも1つの第2の領域は、少なくとも第2の波長を有する光を発光するように構成され、この第2の波長は、第1の波長とは異なる。
【解決手段】半導体ダイは、少なくとも1つの第1の領域と少なくとも1つの第2の領域とを含む。少なくとも1つの第1の領域は、少なくとも第1の波長を有する光を発光するように構成される。少なくとも1つの第2の領域は、少なくとも第2の波長を有する光を発光するように構成され、この第2の波長は、第1の波長とは異なる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例示的な実施形態は、半導体ダイ、発光デバイス(LED)、製造する方法および多波長光を生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光デバイス(LED)は、比較的効率的かつ環境に優しい光源である。LEDは、ディスプレイ、光通信、自動車、および一般的な照明などの様々な分野で使用されている。
【０００３】
従来のLEDは、白色光を生成するために、蛍光材料を使用する。ある例では、白色光を得るための赤色、緑色および青色の光を発光するために、赤色、緑色および青色の蛍光材料を紫外(UV)線で励起することにより、白色光が得られる。黄色光は、白色光を得るための光源として使用される青色LEDに相補的である黄色蛍光材料を励起することにより発光される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来から、白色光は、蛍光材料を有さないLEDを使用して生成され得る。ある例では、複数のLEDのそれぞれが、赤色、緑色、および青色の可視光の1つを発光し、それらは、白色光を生成するために、組み合わせて使用される。例えば、発光材料として窒化インジウムガリウム(InGaN)層を有するLEDは、発光される色が、InGaN層内のインジウム(In)のモル比率の変化に従って変動するという事実を利用する。しかしながら、インジウム(In)の含有量が増加するにつれて、格子定数が増加し、それは、比較的薄いInGaN層とベース基板との間の比較的大きな格子不整合という結果になる。したがって、発光効率は、比較的短い波長から比較的長い波長まで悪化する場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的な実施形態は、比較的長い波長の光の、向上した輝度効率を有する発光デバイス(LED)を提供する。
【０００６】
例示的な実施形態はさらに、蛍光材料を使用することなしに多波長光を発光するように構成される半導体ダイ、およびそれらを含むLEDを提供する。
【０００７】
例示的な実施形態はさらに、半導体ダイを製造する方法を提供する。
【０００８】
例示的な実施形態はさらに、蛍光材料を使用することなしに多波長光を生成する方法を提供する。
【０００９】
さらなる態様が、部分的には以下の説明で示されることになり、部分的には、説明から明らかとなり、または、例示的な実施形態の実施により知られる場合がある。
【００１０】
少なくとも1つの例示的な実施形態は、少なくとも第1の波長を有する光を発光するように構成される、少なくとも1つの第1の領域を含む半導体ダイを提供する。少なくとも1つの第1の領域は、複数の第1の発光構造を含み、この複数の第1の発光構造は、複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第1のギャップを伴って配置される。半導体ダイはさらに、平坦面および複数の第2の発光構造のうちの1つを有する、少なくとも1つの第2の領域を含む。平坦面は、複数の第1の発光構造の突出方向に垂直であり、複数の第2の発光構造は、相互に隣接して配置される。少なくとも1つの第2の領域は、少なくとも第2の波長を有する光を発光するように構成され、この第2の波長は、第1の波長とは異なる。
【００１１】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、複数の第2の発光構造は、複数の第2の発光構造のうちの隣接するもののベースの間のギャップなしに、相互に隣接して配置される場合がある。複数の第1の発光構造は、多角錐の形状を有する場合がある。誘電層部が、それぞれの第1のギャップに配設される場合がある。誘電層部は、複数の第1の発光構造により覆われない場合がある。複数の第1の発光構造のそれぞれは、複数の半極性面を有する場合がある。
【００１２】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、少なくとも1つの第1の領域および少なくとも1つの第2の領域は、第1の窒化物半導体層上に形成される場合がある。複数の第1の発光構造のそれぞれは、第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるベース部と、ベース部上に形成される第1の活性層と、第1の活性層上に形成される第2の窒化物半導体層とを含む場合がある。
【００１３】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、複数の多層構造が、複数の第1の発光構造の間に配設される場合がある。複数の多層構造のそれぞれは、第2の活性層と、第2の活性層上に形成される第3の窒化物半導体層と、平坦面または非極性面とを含む場合がある。多層構造は、第2の波長を有する光を発光する場合があり、第1の波長は、第2の波長より長い場合がある。
【００１４】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、複数の第1の領域および複数の第2の領域が、交互に基板上に配置される場合がある。複数の第1の領域および複数の第2の領域は、発光アレイを形成するように配置される場合がある。
【００１５】
少なくとも1つの第2の領域は、第1の幅を有する平坦面を含む場合があり、第1の幅は、第1のギャップの幅より大きい場合がある。
【００１６】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、少なくとも1つの第2の領域は、複数の第2の発光構造を含む場合があり、少なくとも1つの第1の領域は、少なくとも1つの第2の領域から、第2のギャップだけ隔てられる場合がある。第1のギャップの幅は、第2のギャップの幅と同じ、または実質的に同じである場合がある。
【００１７】
複数の第1の発光構造および複数の第2の発光構造は、ナノサイズの発光構造である場合がある。
【００１８】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、少なくとも1つの半導体ダイを含む発光デバイス(LED)を提供する。少なくとも1つの半導体ダイは、少なくとも第1の波長を有する光を発光するように構成される、少なくとも1つの第1の領域を含む。少なくとも1つの第1の領域は、複数の第1の発光構造を含み、この複数の第1の発光構造は、複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第1のギャップを伴って配置される。少なくとも1つの半導体ダイはさらに、平坦面および複数の第2の発光構造のうちの1つを有する、少なくとも1つの第2の領域を含む。平坦面は、複数の第1の発光構造の突出方向に垂直であり、複数の第2の発光構造は、相互に隣接して配置される。少なくとも1つの第2の領域は、少なくとも第2の波長を有する光を発光するように構成され、この第2の波長は、第1の波長とは異なる。
【００１９】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、LEDは、サーマルヒートシンク(thermal heat sink)と、サーマルヒートシンク上に配置されるシリコンサブマウントであって、少なくとも1つの半導体ダイが上に配置されるシリコンサブマウントと、シリコンサブマウントに結合されるアノードリードおよびカソードリードと、サーマルヒートシンクを囲む外部パッケージと、シリコンサブマウントおよび少なくとも1つの半導体ダイを囲むレンズとをさらに含む場合がある。
【００２０】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、少なくとも1つの第1の領域と少なくとも1つの第2の領域とを含む半導体ダイを提供する。少なくとも1つの第1の領域は、第1の波長を有する光を発光するように構成される複数の第1の発光構造を含む。複数の第1の発光構造は、複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第1のギャップを伴って配置される。少なくとも1つの第2の領域は、第2の波長を有する光を発光するように構成される複数の第2の発光構造を含む。複数の第2の発光構造は、複数の第2の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第2のギャップを伴って配置される。第2のギャップの幅は、第1のギャップの幅とは異なり、第1の波長は、第2の波長とは異なる。
【００２１】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、誘電層が、第1および第2のギャップのそれぞれに配設される場合がある。
【００２２】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、半導体ダイは、少なくとも1つの第3の領域をさらに含む場合がある。少なくとも1つの第3の領域は、第3の波長を有する光を発光するように構成される複数の第3の発光構造を含む場合がある。複数の第3の発光構造は、複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第3のギャップを伴って配置される場合がある。第3のギャップの幅は、第1および第2のギャップの幅とは異なる場合があり、第3の波長は、第1および第2の波長とは異なる場合がある。複数の第1の発光構造、複数の第2の発光構造、および複数の第3の発光構造は、同じサイズである場合がある。誘電層が、第1、第2および第3のギャップのそれぞれに配設される場合がある。
【００２３】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、複数の第1の発光構造および複数の第2の発光構造は、ナノサイズである場合がある。
【００２４】
複数の第1の発光構造および複数の第2の発光構造は、同じ、または実質的に同じサイズである場合がある。
【００２５】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、少なくとも1つの第1の領域および少なくとも1つの第2の領域は、第1の窒化物半導体層上に形成される場合がある。複数の第1の発光構造および複数の第2の発光構造のそれぞれは、第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるベース部と、ベース部上に形成される第1の活性層と、第1の活性層上に形成される第2の窒化物半導体層とを含む場合がある。
【００２６】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、少なくとも1つの半導体ダイを含むLEDを提供する。少なくとも1つの半導体ダイは、少なくとも1つの第1の領域と少なくとも1つの第2の領域とを含む。少なくとも1つの第1の領域は、第1の波長を有する光を発光するように構成される複数の第1の発光構造を含む。複数の第1の発光構造は、複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第1のギャップを伴って配置される。少なくとも1つの第2の領域は、第2の波長を有する光を発光するように構成される複数の第2の発光構造を含む。複数の第2の発光構造は、複数の第2の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第2のギャップを伴って配置される。第2のギャップの幅は、第1のギャップの幅とは異なり、第1の波長は、第2の波長とは異なる。
【００２７】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、LEDは、サーマルヒートシンクと、サーマルヒートシンク上に配置されるシリコンサブマウントであって、少なくとも1つの半導体ダイが上に配置されるシリコンサブマウントと、シリコンサブマウントに結合されるアノードリードおよびカソードリードと、サーマルヒートシンクを囲む外部パッケージと、シリコンサブマウントおよび少なくとも1つの半導体ダイを囲むレンズとをさらに含む場合がある。
【００２８】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、少なくとも1つの第1の領域と少なくとも1つの第2の領域とを含む半導体ダイを提供する。少なくとも1つの第1の領域は、第1のサイズを有する複数の第1の発光構造を含む。複数の第1の発光構造は、複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第1のギャップを伴って配置され、第1の波長を有する光を発光するように構成される。少なくとも1つの第2の領域は、第1のサイズとは異なる第2のサイズを有する複数の第2の発光構造を含む。複数の第2の発光構造は、複数の第2の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第2のギャップを伴って配置され、第2の波長を有する光を発光するように構成される。第1の波長および第2の波長は、異なるものであり、第1および第2のギャップの幅は、同じ、または実質的に同じである。
【００２９】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、少なくとも1つの第1の領域および少なくとも1つの第2の領域は、第1の窒化物半導体層上に形成される。複数の第1の発光構造のそれぞれ、および複数の第2の発光構造のそれぞれは、第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるベース部と、ベース部上に形成される第1の活性層と、第1の活性層上に形成される第2の窒化物半導体層とを含む場合がある。
【００３０】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、誘電層が、第1および第2のギャップのそれぞれに配設される場合がある。複数の第1の発光構造および複数の第2の発光構造は、ナノサイズである場合がある。
【００３１】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、少なくとも1つの半導体ダイを含むLEDを提供する。少なくとも1つの半導体ダイは、少なくとも1つの第1の領域と少なくとも1つの第2の領域とを含む。少なくとも1つの第1の領域は、第1のサイズを有する複数の第1の発光構造を含む。複数の第1の発光構造は、複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第1のギャップを伴って配置され、第1の波長を有する光を発光するように構成される。少なくとも1つの第2の領域は、第1のサイズとは異なる第2のサイズを有する複数の第2の発光構造を含む。複数の第2の発光構造は、複数の第2の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第2のギャップを伴って配置され、第2の波長を有する光を発光するように構成される。第1の波長および第2の波長は、異なるものであり、第1および第2のギャップの幅は、同じ、または実質的に同じである。
【００３２】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、LEDは、サーマルヒートシンクと、サーマルヒートシンク上に配置されるシリコンサブマウントであって、少なくとも1つの半導体ダイが上に配置されるシリコンサブマウントと、シリコンサブマウントに結合されるアノードリードおよびカソードリードと、サーマルヒートシンクを囲む外部パッケージと、シリコンサブマウントおよび少なくとも1つの半導体ダイを囲むレンズとをさらに含む場合がある。
【００３３】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、交互に基板上に配置される複数の発光構造と複数の平坦な発光面とを含む半導体ダイを提供する。複数の発光構造は、第1の波長を有する光を発光するように構成され、一方では、複数の平坦な発光面は、第2の波長を有する光を発光するように構成される。第1の波長は、第2の波長とは異なる。
【００３４】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、複数の発光構造および複数の平坦な発光面は、ナノサイズである場合がある。平坦な発光面の表面は、複数の発光構造の突出方向に垂直、または実質的に垂直である場合がある。
【００３５】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、複数の発光構造および複数の平坦な発光面は、第1の窒化物半導体層上に形成される場合がある。複数の発光構造のそれぞれは、第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるベース部と、ベース部上に形成される第1の活性層と、第1の活性層上に形成される第2の窒化物半導体層とを含む場合がある。複数の平坦な発光面のそれぞれは、第2の活性層と、第2の活性層上に形成される第3の窒化物半導体層と、非極性面とを含む構造を有する場合がある。
【００３６】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、少なくとも1つの半導体ダイを含むLEDを提供する。少なくとも1つの半導体ダイは、交互に基板上に配置される複数の発光構造と複数の平坦な発光面とを含む。複数の発光構造は、第1の波長を有する光を発光するように構成され、一方では、複数の平坦な発光面は、第2の波長を有する光を発光するように構成される。第1の波長は、第2の波長とは異なる。
【００３７】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、LEDは、サーマルヒートシンクと、サーマルヒートシンク上に配置されるシリコンサブマウントであって、少なくとも1つの半導体ダイが上に配置されるシリコンサブマウントと、シリコンサブマウントに結合されるアノードリードおよびカソードリードと、サーマルヒートシンクを囲む外部パッケージと、シリコンサブマウントおよび少なくとも1つの半導体ダイを囲むレンズとをさらに含む場合がある。
【００３８】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、半導体ダイを製造する方法を提供する。少なくともこの例示的な実施形態によれば、この方法は、基板上に第1の窒化物半導体層を形成するステップと、第1の窒化物半導体層の部分を露出させるために、第1の窒化物半導体層上に形成される誘電層をパターニングするステップと、第1の窒化物半導体層のそれぞれの露出された部分上にベース構造を形成するステップであって、ベース構造は第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるステップと、各ベース構造上に活性層を形成するステップと、活性層上に第2の窒化物半導体層を形成するステップとを含む。
【００３９】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、この方法は、活性層および第2の窒化物半導体層を形成する前に、パターニングされた誘電層を除去するステップをさらに含む場合がある。活性層および第2の窒化物半導体層は、それぞれのベース構造、およびベース構造の隣接するものの間の第1の窒化物半導体層の露出された部分の上に、順次形成される場合がある。
【００４０】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、多波長光を生成する方法を提供する。少なくともこの例示的な実施形態によれば、この方法は、基板上に形成される複数の発光部の間のギャップを調整するステップを含む。複数の発光部のそれぞれは、半極性面を有し、ベース部と、第1の活性層と、窒化物半導体層とを含む。
【００４１】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、複数の発光部は、窒化物半導体層上に配置される場合がある。
【００４２】
これらの、および/または他の態様が、添付図面とともになされる、例示的な実施形態の以下の説明から、明らかになり、より容易に理解されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図２】別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図３】例示的な実施形態による半導体ダイの発光部を示す。
【図４】例示的な実施形態による半導体ダイに含まれる発光部のベース部の例示的な構造を示す。
【図５】さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図６】さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図７】さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図８】別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図９】別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図１０】例示的な実施形態によるInGaN半導体ダイのピーク波長に対する外部量子効率および目の感度の変動を示すグラフである。
【図１１Ａ】例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。
【図１１Ｂ】例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。
【図１１Ｃ】例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。
【図１１Ｄ】例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。
【図１２Ａ】別の例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。
【図１２Ｂ】別の例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。
【図１２Ｃ】別の例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。
【図１２Ｄ】別の例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。
【図１３】図1に示される例示的な実施形態によって構成される半導体ダイにより生成される光に関する、正規化された光ルミネセンス(PL)強度と波長との関係のグラフである。
【図１４】図5に示される例示的な実施形態によって構成される半導体ダイにより生成される光に関する、正規化された光ルミネセンス(PL)強度と波長との関係のグラフである。
【図１５Ａ】例示的な実施形態による白色光を生成するために使用可能な様々な色配置の例である。
【図１５Ｂ】例示的な実施形態による白色光を生成するために使用可能な様々な色配置の例である。
【図１６】例示的な実施形態による発光デバイス(LED)を示す。
【図１７】さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図１８】さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図１９】例示的な実施形態による多波長光を生成するための方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
次に、例示的な実施形態が、一部の例示的な実施形態が示される添付図面を参照して、より十分に説明されることになる。図面では、見やすさのために、層の厚さおよび領域は誇張されている。図面内の同じ参照番号は、同じ要素を示す。
【００４５】
詳細な例示的な実施形態が、本明細書で開示される。しかしながら、本明細書で開示される特定の構造的および機能的な詳細は、単に、例示的な実施形態を説明するための見本である。例示的な実施形態は、多数の代替の形態で実施される場合があり、本明細書で説明されるもののみに限定されると解釈されるべきではない。
【００４６】
しかしながら、この開示を、開示される特定の例示的な実施形態に限定する意図はないということは理解されたい。それとは反対に、例示的な実施形態は、本発明の範囲内に含まれるすべての修正、等価物、および代替方法を包含することになる。図面の説明を通じて、同じ番号が同じ要素を指す。
【００４７】
本明細書では、様々な要素を説明するために、第1の、第2の、等の用語が使用される場合があるが、これらの要素は、これらの用語により限定されるべきではないということが理解されよう。これらの用語は、単に、ある要素を別の要素と区別するために使用される。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、第1の要素は、第2の要素と名づけられる可能性があり、同様に、第2の要素は、第1の要素と名づけられる可能性がある。本明細書で使用される際に、用語「および/または」は、関連する、列挙される用語の1つまたは複数の任意の、およびすべての組み合わせを含む。
【００４８】
ある要素が、別の要素に「接続される」または「結合される」と表されるとき、それは、他の要素に直接、接続もしくは結合されている場合があり、または、介在する要素が存在する場合があるということが理解されよう。一方、ある要素が、別の要素に「直接接続される」または「直接結合される」と表されるとき、介在する要素は存在しない。要素の間の関係を説明するために使用される他の単語は、同様にして解釈されるべきである(例えば、「間に」と「直接間に」との関係、「隣接する」と「直接隣接する」との関係等)。
【００４９】
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明することのみのためのものであり、限定的であることは意図されていない。本明細書で使用される際には、単数形「1つの(a)」、「1つの(an)」、および「その(the)」は、意味内容が明確にそうではないことを示さない限りは、複数形も含むことが意図されている。さらには、用語「備える」、「備えている」、「含む」、および/または「含んでいる」は、本明細書で使用されるときは、述べられた特徴、整数値、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を特定するが、1つもしくは複数の他の特徴、整数値、ステップ、動作、要素、構成要素、および/もしくはそれらのグループの存在または追加を排除しないことが理解されよう。
【００５０】
一部の代替の実施では、記される機能/動作は、図に記される順序とは無関係に行われる場合があるということにも留意されたい。例えば、順次示される2つの図は、必要とされる機能性/動作に応じて、実際には、実質的に並行的に実行される場合があり、または、時には、逆の順序で実行される場合がある。
【００５１】
少なくとも一部の例示的な実施形態による、半導体ダイ、およびそれらを含む発光デバイス(LED)は、光の比較的長い波長の発光効率を上昇させ、かつ/または、多数の波長の光(多波長光)を生成するために、1つまたは複数の発光アレイを含む。発光アレイは、ナノサイズである場合がある。
【００５２】
例示的な実施形態は、本明細書では、発光部に関して考察される。しかしながら、発光部は、本明細書では、時には発光構造と呼ばれる。
【００５３】
図1は、例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【００５４】
図1を参照すると、半導体ダイは、基板10上に積層される第1の窒化物半導体層13と、第1の窒化物半導体層13上に配設される発光アレイ14とを含む。発光アレイ14は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。基板10は、サファイア基板、シリコン基板、炭化ケイ素(SiC)基板、窒化ガリウム(GaN)基板、酸化ガリウム(Ga2O3)基板等であってよい。基板10は、LEDの製造が完了した後に除去される場合がある。したがって、基板10は、任意であってよい。
【００５５】
ナノサイズの発光アレイ14は、複数の発光部(または構造)18を含む。発光部18は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように呼ばれることになる。
【００５６】
ナノサイズの発光部18のそれぞれは、ベース部20と、ベース部20上に形成される第1の活性層25と、第1の活性層25上に形成される第2の窒化物半導体層30とを含む。
【００５７】
少なくともこの例示的な実施形態によれば、第1の窒化物半導体層13は、III-V族窒化物半導体材料(例えば、窒化ガリウム(GaN))で形成される場合があり、第1の型の半導体ドーパント(例えば、ケイ素(Si)などのn型ドーパント)でドープされる場合がある。この例では、第1の窒化物半導体層13は、n型GaN(n-GaN)材料であってよい。エピタキシアル成長のためのバッファ層(図示せず)が、基板10と第1の窒化物半導体層13との間に、さらに配設される場合がある。そのようなバッファ層は、一般に知られており、したがって、その詳細な説明は省略される。
【００５８】
さらに図1を参照すると、第1の活性層25は、電子-正孔再結合により光を発光するように構成される層である。ある例では、第1の活性層25は、窒化インジウムガリウム(InGaN)をベースとする窒化物半導体層である場合がある。第1の活性層25により発光される光の波長範囲は、バンドギャップエネルギーを制御することにより調整され得る。より具体的な例では、第1の活性層25は、InGaN/GaN、InGaN/InGaN、InGaN/AlGaN、InGaN/InAlGaN等のような、量子井戸層と障壁層とを含む場合がある。ただし、AlGaNは、窒化アルミニウムガリウムであり、InAlGaNは、窒化インジウムアルミニウムガリウムである。量子井戸層は、単一量子井戸(SQW)または多重量子井戸(MQW)である場合がある。
【００５９】
さらに図1を参照すると、第2の窒化物半導体層30は、III-V族窒化物半導体材料(例えば、GaN)で形成される場合があり、第2の型の半導体ドーパント(例えば、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)等のようなp型半導体ドーパント)でドープされる場合がある。この例では、第2の窒化物半導体層30は、p型GaN(p-GaN)層である。しかしながら、第2の窒化物半導体層30は、それに限定されない。むしろ、第1の窒化物半導体層13が、p型半導体層である場合があり、第2の窒化物半導体層30が、n型半導体層である場合がある。図示されていないが、内部量子効率を向上させるためのキャリア閉じ込め層が、第1の窒化物半導体層13と第1の活性層25との、および/または、第1の活性層25と第2の窒化物半導体層30との間に配設され得る。さらには、図示されていないが、電極層が、第2の窒化物半導体層30上に形成され得る。
【００６０】
III-V族化合物半導体の成長方法と呼ばれる種々の方法が、第1の窒化物半導体層13およびナノサイズの発光アレイ14を製造するために使用され得る。例えば、有機金属化学気相成長(MOCVD)法、ハイドライド気相成長(HVPE)法、分子線エピタキシー(MBE)法、有機金属気相成長(MOVPE)法、ハライド気相成長(HCVD)法等が使用され得る。ナノサイズの発光アレイ14は、ナノサイズの発光部18を含み、電流で駆動されるときに光を発光する。
【００６１】
図1に示される例示的な実施形態では、ナノサイズの発光部18は、第1のギャップだけ相互に離れて隔置される。複数の誘電パターン部15の中から、1つの誘電パターン部15が、ナノサイズの発光部18の隣接するものの間に配設される。誘電パターン部15は、窒化物が誘電パターン部15上に成長することを抑圧かつ/または防止するために、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)、樹脂等で形成される場合がある。図1に示されるように、誘電パターン部15の上面は、発光部18により覆われない(例えば、完全に覆われない)。むしろ、各誘電パターン部15の上面の少なくとも中間部は、露出される。
【００６２】
図2は、別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。図2に示される半導体ダイは、図1に示される半導体ダイと同様であり、したがって、簡潔さのために、図1および図2に示される例示的な実施形態の間の違いのみが、説明されることになる。
【００６３】
図2に示される例示的な実施形態では、ナノサイズの発光部18は、相互に離れて隔置されない。むしろ、ナノサイズの発光部18は、相互に隣接して(例えば、直接隣接して)いる。
【００６４】
より詳細には、図2に示されるように、半導体ダイは、発光アレイ14'を含む。発光アレイ14'は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。ナノサイズの発光アレイ14'は、図1でのように相互に離れて隔置されるのではなく、相互に隣接して(例えば、直接隣接して)形成される、複数のナノサイズの発光部(または構造)18を含む。この例示的な実施形態では、複数の誘電パターン部15'の上面は、ナノサイズの発光部18により覆われ、図1でのようには露出されない。
【００６５】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、半導体ダイにより発光される光の波長は、ナノサイズの発光部18の間のギャップにより変動する場合がある。
【００６６】
図1および図2に示されるナノサイズの発光部18は、複数の半極性面18aを含む。半極性面18aは、基板10の表面に対して傾斜している。
【００６７】
上述のように、発光部18のそれぞれは、ナノサイズである。ある例では、ナノサイズの発光部18のサイズは、約1μm以下である場合がある。例えば、ナノサイズの発光部18のそれぞれは、約200nmから約300nmまでの間のサイズを有する場合がある。別の例では、ナノサイズの発光部18のそれぞれは、約50nmから約500nmまでの間のサイズを有する場合がある。ナノサイズの発光部18のサイズは、その底面の最大直径に対応する場合がある。ナノサイズの発光部18は、多角形の形状である場合がある。図3では、ナノサイズの発光部18は、六角形の形状を有する。しかしながら、例示的な実施形態は、それに限定されない。例えば、ナノサイズの発光部18は、円錐形状、角錐形状等である場合がある。図3はベース部20を示すが、ナノサイズの発光部18およびベース部20は、実質的に同じ形状を有する場合がある。ベース部20は、複数の半極性面20aおよび複数の底面20bを含む。
【００６８】
ベース部20は、第1の窒化物半導体層13と同じ、または実質的に同じ材料で形成される場合がある。しかしながら、ベース部20は、それに限定されない。むしろ、ベース部20は、第1の窒化物半導体層13とは異なる材料で形成される場合がある。
【００６９】
図4は、例示的な実施形態によるベース部20の配置を示す。図示のように、ベース部20の底面20bは、所与の、所望の、または所定のギャップだけ相互に離れて隔置される。この例では、底面20bは、行ごとに蜂の巣形状を形成する千鳥配置すなわちオフセット配置で配置される。しかしながら、例示的な実施形態は、それに限定されない。代替例では、ベース部20は、1列に配置される場合がある。
【００７０】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、ナノサイズの発光部18は、例えば、InGaN活性層中のインジウム(In)含有量が、より自由に増加され、かつ/または、格子不整合に起因する結晶欠陥を低減することにより、内部量子効率を上昇させることを可能にする場合がある。さらには、少なくとも一部の例示的な実施形態によるナノサイズの発光部のサイズが、光の波長と比較して相対的に小さいならば、光の抽出効率は、上昇する場合があり、それにより、外部量子効率を上昇させる。
【００７１】
ナノサイズの発光部18は、活性層の応力による歪みを縮小かつ緩和し、それにより、応力に起因する圧電分極を低減する。圧電分極の発生を抑圧かつ/または防止することにより、例えば、約500nmを超える波長を有する光の光効率が上昇させられ得る。比較的大きな電流の動作での効率もまた、上昇させられ得る。
【００７２】
図5は、さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【００７３】
図5を参照すると、半導体ダイは、基板110上に形成される第1の窒化物半導体層113と、第1の窒化物半導体層113上に形成される発光アレイ114とを含む。発光アレイ114は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。
【００７４】
ナノサイズの発光アレイ114は、相互に離れて隔置される複数の発光部(または構造)118を含む。発光部118は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。
【００７５】
それぞれのナノサイズの発光部118は、ベース部120と、第1の活性層125と、第2の窒化物半導体層130とを含む。ナノサイズの発光部118は、複数の半極性面118aを含む。ある例では、ナノサイズの発光部118は、多角錐の形状を有する場合がある。
【００７６】
さらに図5を参照すると、半導体ダイは、ナノサイズの発光部118の間に配設される複数の多層構造142をさらに含む。多層構造142のそれぞれは、第2の活性層125'と、第3の窒化物半導体層130'とを含む。多層構造142は、基板110と平行、または実質的に平行な非極性面142aを含む(例えば、(0001)面)。第2の活性層125'は、第1の活性層125と同じ、または実質的に同じ材料で、同じ、または実質的に同じ時間に(例えば、同時に、または並行的に)成長させられ得る。第3の窒化物半導体層130'は、第2の活性層130と同じ、または実質的に同じ材料で、同じ、または実質的に同じ時間に(例えば、同時に、または並行的に)成長させられ得る。基板110、第1の窒化物半導体層113、およびナノサイズの発光部118は、図1を参照して上記で説明されたものと同じ、または実質的に同じであり、したがって、それらの詳細な説明は、ここでは反復されないことになる。さらには、図1および図5を参照して説明される同じ要素は、実質的に同じ、または実質的に同じ機能を有し、したがって、それらの詳細な説明は、ここでは反復されないことになる。
【００７７】
さらに図5を参照すると、第1の活性層125は、ナノサイズの発光部118の半極性面118a(例えば、a(11-11)または(11-22)面)上に成長させられる。その結果、自発分極が低減される場合があり、かつ/または、歪みが緩和される場合がある。したがって、圧電分極が低減される場合があり、それにより、量子閉じ込めシュタルク効果(QCSE)を抑圧する。すなわち、例えば、InGaN活性層が、ナノサイズの発光部118の半極性面118a上に形成されるとき、歪みが緩和され得るとともに、InGaN活性層のインジウム(In)含有量が増加されるときでも、結晶欠陥の発生が低減され得る。さらには、InGaN活性層の含有量は、一定、または実質的に一定である場合があり、それは、圧電場を抑圧することができ、それによって、より長い波長の発光効率を上昇させる。
【００７８】
さらに図5を参照すると、多層構造142は、非極性面142aを含み、第2の活性層125'は、量子井戸層を含む。ナノサイズの発光部118の半極性面118a、および多層構造142の非極性面142aは、結晶学的特性に従って、同じ、または実質的に同じ条件の下で成長させられるが、これらの成分は異なる場合がある。例えば、InGaNが成長させられるとき、半極性面118aのIn含有量は、非極性面142aのIn含有量より大きい場合がある。この例では、非極性面142aのIn含有量は、比較的小さくなり得る。したがって、半極性面118aにより発光される第1の光L1は、非極性面142aにより発光される第2の光L2のものよりも長い波長を有する場合がある。したがって、図5に示される半導体ダイは、多波長光を発光することができる。
【００７９】
隣接するナノサイズの発光部118の各対の間のギャップd1は、ナノサイズの発光部118から発光される第1の光L1の波長を変化させるために調整され得る。ナノサイズの発光部118の間のギャップd1は、多層構造142の幅または面積を調整することにより調整され得る。
【００８０】
少なくともこの例示的な実施形態によれば、図5に示される半導体ダイは、単一チップで、ただし、第1の光L1および第2の光L2を同時に、または並行的に発光することにより、蛍光材料を使用することなく、白色光の発光を可能にする。第1の光L1および第2の光L2の波長は、白色光を生成するために、状況に応じて調整され得る。
【００８１】
図6は、さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【００８２】
図6を参照すると、半導体ダイは、基板210と、基板210上に形成される第1の窒化物半導体層213と、第1の窒化物半導体層213上に形成される発光アレイ214とを含む。発光アレイ214は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。
【００８３】
ナノサイズの発光アレイ214は、所与の、所望の、または所定のパターンで配置される複数の発光部(または構造)218を含む。発光部218は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。
【００８４】
より詳細には、ナノサイズの発光アレイ214は、交互に配置される複数の第1の領域240と複数の第2の領域250とを含む。複数の第1の領域240は、連続的に、かつ相互に隣接して(例えば、直接隣接して)配置される、ナノサイズの発光部218を含む。第2の領域250は、その中に多層構造242が形成される第1のギャップd16を含む。図6に示される例示的な実施形態は、複数の第1の領域240と複数の第2の領域とを含むが、例示的な実施形態は、少なくとも1つの第1の領域240と少なくとも1つの第2の領域250とを含む場合がある。
【００８５】
それぞれの第1の領域240の内部では、ナノサイズの発光部218は、相互に離れて隔置されない。むしろ、上述のように、ナノサイズの発光部218は、連続的に、かつ相互に隣接して(例えば、直接隣接して)形成される。
【００８６】
ナノサイズの発光部218のそれぞれは、ベース部220と、第1の活性層225と、第2の窒化物半導体層230とを含む。
【００８７】
それぞれの第2の領域250は、隣接する第1の領域240の対の間のギャップd16内に配置される、多層構造242を含む。多層構造242のそれぞれは、第2の活性層225'と第3の窒化物半導体層230'とを含む。第1の活性層225および第2の活性層225'は、同じ、または実質的に同じ材料で、(例えば、一体に)形成され得る。第2の窒化物半導体層230および第3の窒化物半導体層230'は、同じ、または実質的に同じ材料で、(例えば、一体に)形成され得る。
【００８８】
さらに図6を参照すると、ナノサイズの発光部218は、半極性面218aを含み、一方では、多層構造242は、非極性面または平坦面242aを含む。平坦面242aは、複数のナノサイズの発光部218の突出方向に垂直、または実質的に垂直である場合がある。
【００８９】
少なくともこの例示的な実施形態では、半極性面218aにより発光される第1の光L16は、非極性面242aにより発光される第2の光L26よりも長い波長を有する。したがって、図6の半導体ダイは、多波長光を発光するように構成される。少なくともこの例示的な実施形態によれば、ナノサイズの発光部218により発光される第1の光L16の波長は、隣接する第1の領域240の間のギャップd16を調整することにより調整され得る。
【００９０】
図6に示される半導体ダイは、単一チップで、ただし、第1の光L16および第2の光L26を同時に、または並行的に発光することにより、蛍光材料を使用することなく、白色光の発光を可能にする。第1の光L16および第2の光L26の波長は、状況に応じて調整され得る。
【００９１】
図7は、さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【００９２】
図7を参照すると、半導体ダイは、基板310と、基板310上に形成される第1の窒化物半導体層313と、第1の窒化物半導体層313上に形成される発光アレイ314とを含む。発光アレイ314は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。ナノサイズの発光アレイ314は、複数の第1の領域340と複数の第2の領域350とを含む。図7に示される例示的な実施形態は、複数の第1の領域340と複数の第2の領域350とを含むが、例示的な実施形態は、少なくとも1つの第1の領域340と少なくとも1つの第2の領域350とを含む場合がある。
【００９３】
複数の第1の領域340のそれぞれは、複数の発光部(または構造)318を含み、それらは、第1のギャップd17だけ相互に離れて隔置される。発光部318もまた、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。ナノサイズの発光部318のそれぞれは、ベース部320と、第1の活性層325と、第2の窒化物半導体層330とを含む。
【００９４】
この例では、第1の領域340は、第2の領域350により、相互に離れて隔置される。それぞれの第2の領域350は、隣接する第1の領域340の各対の間の第2のギャップd27内に配置される、多層構造342を含む。多層構造342のそれぞれは、第2の活性層325'と第3の窒化物半導体層330'とを含む。第1の活性層325および第2の活性層325'は、同じ、または実質的に同じ材料で、(例えば、一体に)形成され得る。第2の窒化物半導体層330および第3の窒化物半導体層330'は、同じ、または実質的に同じ材料で、(例えば、一体に)形成され得る。
【００９５】
ナノサイズの発光部318は、半極性面318aを含む。多層構造342は、非極性面または平坦面342aを含む。平坦面342aは、ナノサイズの発光部318の突出方向に垂直、または実質的に垂直に配置される。
【００９６】
第1の領域340のそれぞれの内部では、ナノサイズの発光部318は、第1のギャップd17だけ相互に離れて隔置され、複数の誘電パターン部315が、ナノサイズの発光部318の間に配置される。誘電パターン部315は、誘電パターン部15に関して上で考察されたように、誘電性物質で形成される場合がある。活性層は、誘電パターン部315上には成長させられない。
【００９７】
半極性面318aにより発光される第1の光L17は、非極性面342aにより発光される第2の光L27よりも長い波長を有する場合がある。したがって、図7の半導体ダイは、多波長光を発光することができる。
【００９８】
発光部318により発光される第1の光L17の波長は、ナノサイズの発光部318の間の第1のギャップd17、および/または、第1の領域340の間の第2のギャップd27を調整することにより調整され得る。
【００９９】
少なくともこの例示的な実施形態によれば、図7に示される半導体ダイは、単一チップで、ただし、第1の光L17および第2の光L27を並行的に、または同時に発光することにより、蛍光材料を使用することなく、白色光の発光を可能にする。第1の光L17および第2の光L27の波長は、状況に応じて調整され得る。
【０１００】
図17は、さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【０１０１】
図17を参照すると、半導体ダイは、基板1710と、基板1710上に形成される第1の窒化物半導体層1713と、第1の窒化物半導体層1713上に形成される発光アレイ1714とを含む。発光アレイ1714は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように考察されることになる。
【０１０２】
ナノサイズの発光アレイ1714は、複数の第1の領域1740と複数の第2の領域1742とを含む。図17に示される例示的な実施形態は、複数の第1の領域1740と複数の第2の領域1742とを含むが、例示的な実施形態は、少なくとも1つの第1の領域1740と少なくとも1つの第2の領域1742とを含む場合がある。
【０１０３】
複数の第1の領域1740のそれぞれは、複数の発光部(または構造)1718を含み、それらは、第1のギャップd171だけ相互に離れて隔置される。発光部1718は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。ナノサイズの発光部1718のそれぞれは、ベース部1720と、第1の活性層1725と、第2の窒化物半導体層1730とを含む。
【０１０４】
複数の第2の領域1742のそれぞれは、複数の発光部(または構造)1718'を含む。複数の発光部1718'は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。ナノサイズの発光部1718'のそれぞれは、ベース部1720'と、第1の活性層1725'と、第2の窒化物半導体層1730'とを含む。複数のナノサイズの発光部1718'は、連続的に、かつ相互に隣接して(例えば、直接隣接して)配置される。比較的小さな誘電パターン部1715'が、隣接するナノサイズの発光部1718'の各対の間に形成される。
【０１０５】
それぞれの第1の領域1740は、隣接する第2の領域1742から、第2のギャップd172だけ離れて隔置される。
【０１０６】
ナノサイズの発光部1718は、半極性面1718aを含み、ナノサイズの発光部1718'は、半極性面1718a'を含む。半極性面1718aは、第1の波長を有する第1の光L171を発光することができ、一方では、半極性面1718a'は、第2の波長を有する第2の光L172を発光することができる。第1の波長および第2の波長は、異なる場合がある。例えば、第1の波長は、第2の波長より大きい場合がある。したがって、図17の半導体ダイは、多波長光を発光することができる。多波長光を生成することにより、図17の半導体ダイは、蛍光材料の使用なしに、単一チップから白色光を生成するために使用され得る。
【０１０７】
図18は、さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【０１０８】
図18を参照すると、半導体ダイは、基板1810と、基板1810上に形成される第1の窒化物半導体層1813と、第1の窒化物半導体層1813上に形成される発光アレイ1814とを含む。発光アレイ1814は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。
【０１０９】
ナノサイズの発光アレイ1814は、複数の第1の領域1840と複数の第2の領域1842とを含む。図18に示される例示的な実施形態は、複数の第1の領域1840と複数の第2の領域1842とを含むが、例示的な実施形態は、少なくとも1つの第1の領域1840と少なくとも1つの第2の領域1842とを含む場合がある。
【０１１０】
複数の第1の領域1840のそれぞれは、複数の発光部(または構造)1818を含む。複数の発光部1818は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。複数のナノサイズの発光部1818は、第1のギャップだけ相互に離れて隔置される場合がある。
【０１１１】
ナノサイズの発光部1818のそれぞれは、ベース部1820と、第1の活性層1825と、第2の窒化物半導体層1830とを含む。誘電パターン部1815が、隣接するナノサイズの発光部1818の各対の間に形成される。
【０１１２】
ナノサイズの発光部1818は、半極性面1818aを含む。半極性面1818aは、第1の波長を有する第1の光L181を発光することができる。
【０１１３】
複数の第2の領域1842のそれぞれは、複数の発光部(または構造)1818'を含む。複数の発光部1818'は、第2のギャップだけ相互に離れて隔置される場合がある。第2のギャップの幅は、第1のギャップの幅と同じ、またはそれとは異なる場合がある。複数の発光部1818'は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。ナノサイズの発光部1818'のそれぞれは、ベース部1820'と、第1の活性層1825'と、第2の窒化物半導体層1830'とを含む。誘電パターン部1815が、隣接するナノサイズの発光部1818'の各対の間に形成される。ナノサイズの発光部1818'は、半極性面1818a'を含む。半極性面1818a'は、第2の波長を有する第2の光L182を発光することができる。第1および第2の波長は、異なる場合がある。例えば、第2の波長は、第1の波長より大きい場合がある。したがって、図18の半導体ダイは、多波長光を発光することができる。
【０１１４】
この例では、複数の発光部1818の間の第1のギャップ、複数のナノ発光部1818'の間の第2のギャップ、および、複数の第1の領域1840と複数の第2の領域1842との間のギャップは、同じ、または実質的に同じである。しかしながら、これらのギャップの1つまたは複数は、その他と異なる場合がある。
【０１１５】
さらに図18を参照すると、第1の領域1840内の複数のナノサイズの発光部1818は、第2の領域1842内の複数のナノサイズの発光部1818'よりも、サイズが大きい。この例では、複数のナノサイズの発光部1818のそれぞれは、第1のサイズを有し、複数のナノサイズの発光部のそれぞれは、第2のサイズを有し、第1のサイズは、第2のサイズより大きい。
【０１１６】
図8は、さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【０１１７】
図8を参照すると、半導体ダイは、基板410と、基板410上に形成される第1の窒化物半導体層413と、第1の窒化物半導体層413上に形成される発光アレイ414とを含む。発光アレイ414は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。
【０１１８】
ナノサイズの発光アレイ414は、複数の第1の領域440と複数の第2の領域442とを含む。複数の第1の領域440および複数の第2の領域442が示されるが、例示的な実施形態は、1つまたは複数の第1の領域440と、1つまたは複数の第2の領域442とを含む場合がある。
【０１１９】
複数の第1の領域440のそれぞれは、複数の発光部(または構造)418を含む。複数の発光部418は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。ナノサイズの発光部418は、第1のギャップd18だけ相互に離れて隔置される。
【０１２０】
複数の第2の領域442のそれぞれもまた、複数のナノサイズの発光部(または構造)418を含む。しかしながら、第2の領域442内の複数のナノサイズの発光部418は、第2のギャップd28だけ相互に離れて隔置される。この例では、第2のギャップd28の幅は、第1のギャップd18の幅より大きい。
【０１２１】
ナノサイズの発光部418のそれぞれは、ベース部420と、ベース部420上に形成される第1の活性層425と、第1の活性層425上に形成される第2の窒化物半導体層430とを含む。それぞれのナノサイズの発光部418は、半極性面418aを含む。
【０１２２】
複数の誘電パターン部415が、ナノサイズの発光部418の間に配置される。
【０１２３】
図8に示される例示的な実施形態では、第1の領域440内で、第1の誘電パターン部415aが、第1のギャップd18で、ナノサイズの発光部418の間に配置され、一方では、第2の領域442内で、第2の誘電パターン部415bが、第2のギャップd28で、ナノサイズの発光部418の間に配置される。
【０１２４】
少なくともこの例示的な実施形態によれば、ナノサイズの発光部418により発光される光の波長は、ナノサイズの発光部418の間のギャップの幅を調整することにより調整され得る。例えば、第1の領域440内のナノサイズの発光部418は、第1の波長を有する第1の光L18を発光することができ、一方では、第2の領域442内のナノサイズの発光部418は、第1の波長とは異なる第2の波長を有する第2の光L28を発光することができる。したがって、図8の半導体ダイは、単一チップで、第1の波長を有する第1の光L18、および第2の波長を有する第2の光L28を発光することにより、蛍光材料の使用なしに、白色光の発光を可能にすることができる。
【０１２５】
図9は、さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【０１２６】
図9を参照すると、半導体ダイは、基板510と、基板510上に形成される第1の窒化物半導体層513と、第1の窒化物半導体層513上に形成される発光アレイ514とを含む。発光アレイ514は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。
【０１２７】
ナノサイズの発光アレイ514は、所与の、所望の、または所定のパターンで配置される複数の発光部(または構造)518を含む。複数の発光部518は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。
【０１２８】
複数のナノサイズの発光部518のそれぞれは、ベース部520と、第1の活性層525と、第2の窒化物半導体層530とを含む。それぞれのナノサイズの発光部518は、半極性面518aを含み、多角錐の形状を有する場合がある。
【０１２９】
ナノサイズの発光アレイ514は、複数の第1の領域540と、複数の第2の領域542と、複数の第3の領域544とを含む。図9は、複数の第1の領域540、複数の第2の領域542、および複数の第3の領域544を示すが、例示的な実施形態は、1つまたは複数の第1の領域540と、1つまたは複数の第2の領域542と、1つまたは複数の第3の領域544とを含む場合がある。
【０１３０】
複数の第1の領域540のそれぞれは、第1のギャップd19だけ相互に離れて隔置される、複数のナノサイズの発光部518を含む。
【０１３１】
複数の第2の領域542のそれぞれは、第2のギャップd29だけ相互に離れて隔置される、複数のナノサイズの発光部518を含む。
【０１３２】
複数の第3の領域544のそれぞれは、第3のギャップd39だけ相互に離れて隔置される、複数のナノサイズの発光部518を含む。
【０１３３】
第1のギャップd19、第2のギャップd29および第3のギャップd39の幅は、異なる場合がある。図9に示される例では、第2のギャップd29の幅は、第1のギャップd19の幅より大きく、第3のギャップd39の幅は、第2のギャップd29の幅より大きい。
【０１３４】
複数の誘電パターン部515が、ナノサイズの発光部518の間に配置される。この例示的な実施形態では、活性層は、誘電パターン部515上には成長させられない。
【０１３５】
第1、第2、および第3の領域540、542、および544のそれぞれの内部のナノサイズの発光部518は、第1、第2、および第3のギャップd19、d29、およびd39の幅に応じて、異なる波長の光を発光する。例えば、第1のギャップd19だけ相互に離れて隔置される、第1の領域540内のナノサイズの発光部518は、第1の波長を有する第1の光L19を発光することができる。第2のギャップd29だけ相互に離れて隔置される、第2の領域542内のナノサイズの発光部518は、第2の波長を有する第2の光L29を発光することができる。第3のギャップd39だけ相互に離れて隔置される、第3の領域544内のナノサイズの発光部518は、第3の波長を有する第3の光L39を発光することができる。第1、第2、および第3の波長は、相互に異なる場合がある。
【０１３６】
図9の半導体ダイは、単一チップで、3つ以上波長の光を発光することにより、蛍光材料を使用することなく、白色光の生成を可能にする。光の波長は、ナノサイズの発光部518の間のギャップの幅を調整することにより、状況に応じて調整され得る。少なくとも一部の例示的な実施形態による半導体ダイは、比較的長い波長の発光効率を上昇させることができる。
【０１３７】
図10は、例示的な実施形態による半導体ダイのピーク波長に対する外部量子効率および目の感度の例示的な変動を示すグラフである。この例示的な実施形態では、半導体ダイは、InGaN活性層を含む。
【０１３８】
図10を参照すると、半導体ダイの外部量子効率が低下するにつれて、ピーク波長が増大する。しかしながら、目の感度は、例えば、約520nmから約580nmまでの間の波長で、比較的高い。そして、目の感度は、照明光にとって比較的重要である場合がある。このように、LED照明光として、比較的高い目の感度を有する波長帯の光を発光することもまた、比較的重要である場合がある。したがって、比較的長い波長、例えば、約500nm以上の波長を有する光の外部量子効率を上昇させることが必要である場合がある。InGaN活性層のインジウム(In)モル比率が、光の波長を増大させるために、上昇させられる場合がある。しかしながら、そのようなInモル比率の上昇は、圧電場の増大、InGaN活性層の間の格子不整合、および/または窒化物半導体層の悪化という結果になる場合がある。さらには、Inモル比率の上昇は、Inの局所化による相分離、および、比較的低い温度での成長による不純物含有量の増加という結果になる場合がある。したがって、比較的長い波長の光効率が悪化する場合がある。
【０１３９】
しかしながら、少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、半導体ダイは、ナノサイズであり、複数の半極性面を有するナノサイズの発光部を含み、それにより、比較的長い波長の光効率を上昇させる。活性層は、半極性面上に成長させられ、それが、自発分極を低減し、かつ/または、歪みを緩和することができ、それが、圧電分極を低減することができる。さらには、例えば、InGaN活性層が、ナノサイズの発光部の半極性面上に形成されるとき、歪みが緩和され得るとともに、InGaN活性層のIn含有量が増加されるときでも、結晶欠陥の発生が低減され得る。さらには、InGaN活性層の含有量は、一定、または実質的に一定であり、したがって、圧電場は抑圧される場合があり、それにより、比較的長い波長の発光効率を上昇させる。したがって、少なくとも一部の例示的な実施形態による半導体ダイは、比較的高い目の感度を有する光の比較的長い波長帯の発光効率を上昇させることにより、照明光に、より適する場合がある。さらには、様々な波長を有する複数の量子井戸層が、圧電場の発生を抑圧することにより、単一のp-n接合に含められ得るが、様々な波長を有する光の相対感度は、電流密度の変動によってあまり変動しないので、色温度の一致性が上昇する場合がある。このように、少なくとも一部の例示的な実施形態による半導体ダイ(およびそれらを含むLED)は、光照明に、より適する場合がある。
【０１４０】
図11A〜図11Dは、例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。図11A〜図11Dに示される方法は、図1に示される半導体ダイを製造することに関して説明されることになる。
【０１４１】
図11Aを参照すると、第1の窒化物半導体層613が、基板610上に積み重ねられ、誘電層パターン615が、第1の窒化物半導体層613上に積み重ねられる。誘電パターン615は、露出部616を含み、それを通して、第1の窒化物半導体層613の部分が露出される。誘電パターン615は、誘電層をパターニングすることにより形成される。
【０１４２】
図11Bを参照すると、ベース部620が、窒化物半導体を利用して各露出部616上に成長させられる。この例では、ベース部620は、基板610に対して傾斜している半極性面を含むように成長させられる。窒化物半導体は、選択的に成長させられ、それにより、窒化物半導体は、誘電層パターン615上には成長させられない。むしろ、図示のように、窒化物半導体は、露出部616上に選択的に成長させられる。
【０１４３】
図11Cおよび図11Dを参照すると、活性層625および第2の窒化物半導体層630が、ベース部620上に成長させられる。ベース部620、活性層625、および第2の窒化物半導体層630は、ナノサイズの発光部618を形成する。ナノサイズの発光部618は、ナノサイズの発光アレイ614を形成するために、所与の、所望の、または所定のギャップで配置される。
【０１４４】
図11Dに示されるように、ナノサイズの発光部618は、第1の光L1を発光することができる。ナノサイズの発光部618は、図11Dでは、所与の、所望の、または所定のギャップで配置されるが、ナノサイズの発光部618は、それらの間にギャップなしに配置される場合がある。さらには、ナノサイズの発光部618の間のギャップは、発光される光の波長を調整するために、誘電層パターン615のパターンを調整することにより調整され得る。多数の異なる波長の光が、ナノサイズの発光部618の間の2つ以上のタイプのギャップを調整することにより発光され得る。
【０１４５】
図12A〜図12Dは、別の例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。図12A〜図12Dに示される方法は、図5に示される半導体ダイを製造することに関して説明されることになる。
【０１４６】
図12Aを参照すると、第1の窒化物半導体層713が、基板710上に積み重ねられ、誘電層パターン715が、第1の窒化物半導体層713上に積み重ねられる。誘電層パターン715は、露出部716を含み、それを通して、第1の窒化物半導体層713の部分が露出される。
【０１４７】
図12Bを参照すると、ベース部720が、露出部716上に成長させられる。ベース部720は、図11A〜図11Dに関して上で考察されたベース部620と同じ、または実質的に同じ方法で成長させられる。
【０１４８】
図12Cを参照すると、誘電層パターン715が、第1の窒化物半導体層713の部分を露出させるために、第1の窒化物半導体層713から除去される。誘電層パターン715は、任意の既知の方法で(例えば、エッチングにより)除去され得る。
【０１４９】
図12Dを参照すると、第1の活性層725が、ベース部720上に成長させられ、第2の活性層725'が、第1の窒化物半導体層713の露出された部分上に成長させられる。第1の活性層725および第2の活性層725'は、同時に、または並行的に成長させられ得る。第2の窒化物半導体層730が、第1の活性層725上に成長させられ、第3の窒化物半導体層730'が、第2の活性層725'上に成長させられる。第2の窒化物半導体層730および第3の窒化物半導体層730'は、同時に、または並行的に成長させられ得る。ベース部720、第1の活性層725、および第2の窒化物半導体層730は、ナノサイズの発光部718を形成し、一方では、第2の活性層725'および第3の窒化物半導体層730'は、多層構造742を形成する。ナノサイズの発光部718は、基板710に対して傾斜している半極性面を含む。多層構造742は、基板710と平行、または実質的に平行である非極性面を含む。
【０１５０】
ナノサイズの発光部718は、第1の波長を有する第1の光L12を発光することができ、一方では、多層構造742は、第2の波長を有する第2の光L22を発光することができる。第1の波長は、第2の波長より大きい場合がある。
【０１５１】
例示的な実施形態による多数の波長の光を生成する方法が、次により詳細に説明されることになる。
【０１５２】
図19は、例示的な実施形態による単一の半導体ダイを使用して、多数の波長の光を生成するための方法を示すフローチャートである。
【０１５３】
図19を参照すると、この方法は、第1の窒化物半導体層上に発光部を配置するステップ(S1702)と、発光部の間のギャップを調整するステップ(S1704)とを含む。発光部は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。ナノサイズの発光部は、半極性面を含む場合がある。ナノサイズの発光部の間のギャップが調整されるとき、誘電パターンが、ナノサイズの発光部の間に配設される場合があり、または、多層構造が、それらの間に配設される場合がある。このように、多数の波長の光は、単一のチップすなわちダイで、蛍光材料の使用なしに発光され得る。ある例では、白色光は、多数の波長の光を発光することにより発光される場合があり、比較的長い波長の発光効率が、上昇する場合があり、それにより、目の感度に適した照明光を生成する。
【０１５４】
図13は、図1に示される例示的な実施形態によって構成される半導体ダイにより生成される光に関する、正規化された光ルミネセンス(PL)強度と波長との関係のグラフである。
【０１５５】
例えば、図13に示されるように、正規化されたPL強度は、約450nmから約650nmの波長の間で、大幅に変動する。そして、ピークの正規化されたPL強度は、約500nmから約550nmの間である。
【０１５６】
図14は、図5に示される例示的な実施形態によって構成される半導体ダイにより生成される光に関する、正規化された光ルミネセンス(PL)強度と波長との関係のグラフである。
【０１５７】
図14に示されるように、半導体ダイの微小ファセット(例えば、図5の発光部118)部により生成されるピークPL強度の光に対応する波長は、半導体ダイの微小平坦部(例えば、多層構造142a)により生成される光のピークPL強度に対応する波長とは、約15nmだけ異なる。この例では、半導体ダイの微小ファセット部に関する、PL強度と波長との関係のグラフが、半導体ダイの微小平坦部に関する、PL強度と波長との関係のグラフに対して、左にシフトされている。
【０１５８】
図15Aおよび図15Bは、例示的な実施形態による白色光を生成するために使用可能な様々な色配置の例である。本明細書で考察されたナノサイズの発光部を、図15Aおよび図15Bに示されるパターンに従って配置することにより、白色光が、単一のチップすなわちダイで生成され得る。
【０１５９】
図15Aを参照すると、青色光を発光するように構成される発光部Bは、黄色光を発光するように構成される発光部Yと交互に、水平および垂直の両方向に配置される。
【０１６０】
図15Bを参照すると、発光部Y、青色光を発光するように構成される発光部B、および赤色光を発光するように構成される発光部Rは、交替で、水平および垂直の両方向に配置される。
【０１６１】
図15Aおよび図15Bに示されるパターンは、単なる例である。しかしながら、例示的な実施形態は、単なるこれらの例に限定されるべきではない。むしろ、ナノサイズの発光部は、当業者により望まれるような任意の適した方法で配置され得る。
【０１６２】
図16は、例示的な実施形態による発光デバイス(LED)を示す。
【０１６３】
図16を参照すると、半導体ダイ1612が、シリコンサブマウント1610上に配置される。シリコンサブマウント1610は、サーマルヒートシンク1608上に配置され、それは、外部パッケージ1604内に囲まれる。ボンドワイヤ1606は、シリコンサブマウント1610をLEDのアノードリード(図示せず)に接続する。カソードリード1602は、内部回路(図示せず)を介して、シリコンサブマウント1610に結合される。レンズ1614は、半導体ダイ1612、シリコンサブマウント1610およびボンドワイヤ1606を囲む。半導体ダイ1612は、本明細書で考察される半導体ダイの1つであってよい。
【０１６４】
例示的な実施形態による、半導体ダイおよび/またはLEDは、様々な技術分野で実施され得る。例えば、少なくとも一部の例示的な実施形態による、LEDおよび/または半導体ダイは、道路照明、装飾照明、屋内照明、生物医学用照明、車両ライトとして、フラットパネル表示装置(例えば、液晶表示(LED)装置等)での表示および/またはバックライト、ディスプレイおよび/またはプロジェクタ照明等として実施され得る。
【０１６５】
本明細書で説明される例示的な実施形態は、説明された趣旨のみで解釈されるべきであり、限定を目的としたものではないということを理解されたい。それぞれの例示的な実施形態内の特徴または態様の説明は、典型的には、他の実施形態での他の同様の特徴または態様に対して利用可能であると解釈されるべきである。
【符号の説明】
【０１６６】
10 基板
13 第1の窒化物半導体層
14 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
14' 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
15 誘電パターン部
15' 誘電パターン部
18 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部
18a 半極性面
20 ベース部
20a 半極性面
20b 底面
25 第1の活性層
30 第2の窒化物半導体層
110 基板
113 第1の窒化物半導体層
114 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
118 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部
118a 半極性面
120 ベース部
125 第1の活性層
125' 第2の活性層
130 第2の窒化物半導体層、第2の活性層
130' 第3の窒化物半導体層
142 多層構造
142a 非極性面、多層構造
210 基板
213 第1の窒化物半導体層
214 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
218 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部
218a 半極性面
220 ベース部
225 第1の活性層
225' 第2の活性層
230 第2の窒化物半導体層
230' 第3の窒化物半導体層
240 第1の領域
242 多層構造
242a 非極性面、平坦面
250 第2の領域
310 基板
313 第1の窒化物半導体層
314 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
315 誘電パターン部
318 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部
318a 半極性面
320 ベース部
325 第1の活性層
325' 第2の活性層
330 第2の窒化物半導体層
330' 第3の窒化物半導体層
340 第1の領域
342 多層構造
342a 非極性面、平坦面
350 第2の領域
410 基板
413 第1の窒化物半導体層
414 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
415 誘電パターン部
415a 第1の誘電パターン部
415b 第2の誘電パターン部
418 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部
418a 半極性面
420 ベース部
425 第1の活性層
430 第2の窒化物半導体層
440 第1の領域
442 第2の領域
510 基板
513 第1の窒化物半導体層
514 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
515 誘電パターン部
518 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部
518a 半極性面
520 ベース部
525 第1の活性層
530 第2の窒化物半導体層
540 第1の領域
542 第2の領域
544 第3の領域
610 基板
613 第1の窒化物半導体層
614 ナノサイズの発光アレイ
615 誘電層パターン、誘電パターン
616 露出部
618 ナノサイズの発光部
620 ベース部
625 活性層
630 第2の窒化物半導体層
710 基板
713 第1の窒化物半導体層
715 誘電層パターン
716 露出部
718 ナノサイズの発光部
720 ベース部
725 第1の活性層
725' 第2の活性層
730 第2の窒化物半導体層
730' 第3の窒化物半導体層
742 多層構造
1602 カソードリード
1604 外部パッケージ
1606 ボンドワイヤ
1608 サーマルヒートシンク
1610 シリコンサブマウント
1612 半導体ダイ
1614 レンズ
1710 基板
1713 第1の窒化物半導体層
1714 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
1715' 誘電パターン部
1718、1718' 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部
1718a、1718a' 半極性面
1720、1720' ベース部
1725、1725' 第1の活性層
1730、1730' 第2の窒化物半導体層
1740 第1の領域
1742 第2の領域
1810 基板
1813 第1の窒化物半導体層
1814 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
1815 誘電パターン部
1818 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部
1818' 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部、ナノ発光部
1818a、1818a' 半極性面
1820、1820' ベース部
1825、1825' 第1の活性層
1830、1830' 第2の窒化物半導体層
1840 第1の領域
1842 第2の領域
【技術分野】
【０００１】
例示的な実施形態は、半導体ダイ、発光デバイス(LED)、製造する方法および多波長光を生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光デバイス(LED)は、比較的効率的かつ環境に優しい光源である。LEDは、ディスプレイ、光通信、自動車、および一般的な照明などの様々な分野で使用されている。
【０００３】
従来のLEDは、白色光を生成するために、蛍光材料を使用する。ある例では、白色光を得るための赤色、緑色および青色の光を発光するために、赤色、緑色および青色の蛍光材料を紫外(UV)線で励起することにより、白色光が得られる。黄色光は、白色光を得るための光源として使用される青色LEDに相補的である黄色蛍光材料を励起することにより発光される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来から、白色光は、蛍光材料を有さないLEDを使用して生成され得る。ある例では、複数のLEDのそれぞれが、赤色、緑色、および青色の可視光の1つを発光し、それらは、白色光を生成するために、組み合わせて使用される。例えば、発光材料として窒化インジウムガリウム(InGaN)層を有するLEDは、発光される色が、InGaN層内のインジウム(In)のモル比率の変化に従って変動するという事実を利用する。しかしながら、インジウム(In)の含有量が増加するにつれて、格子定数が増加し、それは、比較的薄いInGaN層とベース基板との間の比較的大きな格子不整合という結果になる。したがって、発光効率は、比較的短い波長から比較的長い波長まで悪化する場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的な実施形態は、比較的長い波長の光の、向上した輝度効率を有する発光デバイス(LED)を提供する。
【０００６】
例示的な実施形態はさらに、蛍光材料を使用することなしに多波長光を発光するように構成される半導体ダイ、およびそれらを含むLEDを提供する。
【０００７】
例示的な実施形態はさらに、半導体ダイを製造する方法を提供する。
【０００８】
例示的な実施形態はさらに、蛍光材料を使用することなしに多波長光を生成する方法を提供する。
【０００９】
さらなる態様が、部分的には以下の説明で示されることになり、部分的には、説明から明らかとなり、または、例示的な実施形態の実施により知られる場合がある。
【００１０】
少なくとも1つの例示的な実施形態は、少なくとも第1の波長を有する光を発光するように構成される、少なくとも1つの第1の領域を含む半導体ダイを提供する。少なくとも1つの第1の領域は、複数の第1の発光構造を含み、この複数の第1の発光構造は、複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第1のギャップを伴って配置される。半導体ダイはさらに、平坦面および複数の第2の発光構造のうちの1つを有する、少なくとも1つの第2の領域を含む。平坦面は、複数の第1の発光構造の突出方向に垂直であり、複数の第2の発光構造は、相互に隣接して配置される。少なくとも1つの第2の領域は、少なくとも第2の波長を有する光を発光するように構成され、この第2の波長は、第1の波長とは異なる。
【００１１】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、複数の第2の発光構造は、複数の第2の発光構造のうちの隣接するもののベースの間のギャップなしに、相互に隣接して配置される場合がある。複数の第1の発光構造は、多角錐の形状を有する場合がある。誘電層部が、それぞれの第1のギャップに配設される場合がある。誘電層部は、複数の第1の発光構造により覆われない場合がある。複数の第1の発光構造のそれぞれは、複数の半極性面を有する場合がある。
【００１２】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、少なくとも1つの第1の領域および少なくとも1つの第2の領域は、第1の窒化物半導体層上に形成される場合がある。複数の第1の発光構造のそれぞれは、第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるベース部と、ベース部上に形成される第1の活性層と、第1の活性層上に形成される第2の窒化物半導体層とを含む場合がある。
【００１３】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、複数の多層構造が、複数の第1の発光構造の間に配設される場合がある。複数の多層構造のそれぞれは、第2の活性層と、第2の活性層上に形成される第3の窒化物半導体層と、平坦面または非極性面とを含む場合がある。多層構造は、第2の波長を有する光を発光する場合があり、第1の波長は、第2の波長より長い場合がある。
【００１４】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、複数の第1の領域および複数の第2の領域が、交互に基板上に配置される場合がある。複数の第1の領域および複数の第2の領域は、発光アレイを形成するように配置される場合がある。
【００１５】
少なくとも1つの第2の領域は、第1の幅を有する平坦面を含む場合があり、第1の幅は、第1のギャップの幅より大きい場合がある。
【００１６】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、少なくとも1つの第2の領域は、複数の第2の発光構造を含む場合があり、少なくとも1つの第1の領域は、少なくとも1つの第2の領域から、第2のギャップだけ隔てられる場合がある。第1のギャップの幅は、第2のギャップの幅と同じ、または実質的に同じである場合がある。
【００１７】
複数の第1の発光構造および複数の第2の発光構造は、ナノサイズの発光構造である場合がある。
【００１８】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、少なくとも1つの半導体ダイを含む発光デバイス(LED)を提供する。少なくとも1つの半導体ダイは、少なくとも第1の波長を有する光を発光するように構成される、少なくとも1つの第1の領域を含む。少なくとも1つの第1の領域は、複数の第1の発光構造を含み、この複数の第1の発光構造は、複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第1のギャップを伴って配置される。少なくとも1つの半導体ダイはさらに、平坦面および複数の第2の発光構造のうちの1つを有する、少なくとも1つの第2の領域を含む。平坦面は、複数の第1の発光構造の突出方向に垂直であり、複数の第2の発光構造は、相互に隣接して配置される。少なくとも1つの第2の領域は、少なくとも第2の波長を有する光を発光するように構成され、この第2の波長は、第1の波長とは異なる。
【００１９】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、LEDは、サーマルヒートシンク(thermal heat sink)と、サーマルヒートシンク上に配置されるシリコンサブマウントであって、少なくとも1つの半導体ダイが上に配置されるシリコンサブマウントと、シリコンサブマウントに結合されるアノードリードおよびカソードリードと、サーマルヒートシンクを囲む外部パッケージと、シリコンサブマウントおよび少なくとも1つの半導体ダイを囲むレンズとをさらに含む場合がある。
【００２０】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、少なくとも1つの第1の領域と少なくとも1つの第2の領域とを含む半導体ダイを提供する。少なくとも1つの第1の領域は、第1の波長を有する光を発光するように構成される複数の第1の発光構造を含む。複数の第1の発光構造は、複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第1のギャップを伴って配置される。少なくとも1つの第2の領域は、第2の波長を有する光を発光するように構成される複数の第2の発光構造を含む。複数の第2の発光構造は、複数の第2の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第2のギャップを伴って配置される。第2のギャップの幅は、第1のギャップの幅とは異なり、第1の波長は、第2の波長とは異なる。
【００２１】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、誘電層が、第1および第2のギャップのそれぞれに配設される場合がある。
【００２２】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、半導体ダイは、少なくとも1つの第3の領域をさらに含む場合がある。少なくとも1つの第3の領域は、第3の波長を有する光を発光するように構成される複数の第3の発光構造を含む場合がある。複数の第3の発光構造は、複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第3のギャップを伴って配置される場合がある。第3のギャップの幅は、第1および第2のギャップの幅とは異なる場合があり、第3の波長は、第1および第2の波長とは異なる場合がある。複数の第1の発光構造、複数の第2の発光構造、および複数の第3の発光構造は、同じサイズである場合がある。誘電層が、第1、第2および第3のギャップのそれぞれに配設される場合がある。
【００２３】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、複数の第1の発光構造および複数の第2の発光構造は、ナノサイズである場合がある。
【００２４】
複数の第1の発光構造および複数の第2の発光構造は、同じ、または実質的に同じサイズである場合がある。
【００２５】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、少なくとも1つの第1の領域および少なくとも1つの第2の領域は、第1の窒化物半導体層上に形成される場合がある。複数の第1の発光構造および複数の第2の発光構造のそれぞれは、第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるベース部と、ベース部上に形成される第1の活性層と、第1の活性層上に形成される第2の窒化物半導体層とを含む場合がある。
【００２６】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、少なくとも1つの半導体ダイを含むLEDを提供する。少なくとも1つの半導体ダイは、少なくとも1つの第1の領域と少なくとも1つの第2の領域とを含む。少なくとも1つの第1の領域は、第1の波長を有する光を発光するように構成される複数の第1の発光構造を含む。複数の第1の発光構造は、複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第1のギャップを伴って配置される。少なくとも1つの第2の領域は、第2の波長を有する光を発光するように構成される複数の第2の発光構造を含む。複数の第2の発光構造は、複数の第2の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第2のギャップを伴って配置される。第2のギャップの幅は、第1のギャップの幅とは異なり、第1の波長は、第2の波長とは異なる。
【００２７】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、LEDは、サーマルヒートシンクと、サーマルヒートシンク上に配置されるシリコンサブマウントであって、少なくとも1つの半導体ダイが上に配置されるシリコンサブマウントと、シリコンサブマウントに結合されるアノードリードおよびカソードリードと、サーマルヒートシンクを囲む外部パッケージと、シリコンサブマウントおよび少なくとも1つの半導体ダイを囲むレンズとをさらに含む場合がある。
【００２８】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、少なくとも1つの第1の領域と少なくとも1つの第2の領域とを含む半導体ダイを提供する。少なくとも1つの第1の領域は、第1のサイズを有する複数の第1の発光構造を含む。複数の第1の発光構造は、複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第1のギャップを伴って配置され、第1の波長を有する光を発光するように構成される。少なくとも1つの第2の領域は、第1のサイズとは異なる第2のサイズを有する複数の第2の発光構造を含む。複数の第2の発光構造は、複数の第2の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第2のギャップを伴って配置され、第2の波長を有する光を発光するように構成される。第1の波長および第2の波長は、異なるものであり、第1および第2のギャップの幅は、同じ、または実質的に同じである。
【００２９】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、少なくとも1つの第1の領域および少なくとも1つの第2の領域は、第1の窒化物半導体層上に形成される。複数の第1の発光構造のそれぞれ、および複数の第2の発光構造のそれぞれは、第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるベース部と、ベース部上に形成される第1の活性層と、第1の活性層上に形成される第2の窒化物半導体層とを含む場合がある。
【００３０】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、誘電層が、第1および第2のギャップのそれぞれに配設される場合がある。複数の第1の発光構造および複数の第2の発光構造は、ナノサイズである場合がある。
【００３１】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、少なくとも1つの半導体ダイを含むLEDを提供する。少なくとも1つの半導体ダイは、少なくとも1つの第1の領域と少なくとも1つの第2の領域とを含む。少なくとも1つの第1の領域は、第1のサイズを有する複数の第1の発光構造を含む。複数の第1の発光構造は、複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第1のギャップを伴って配置され、第1の波長を有する光を発光するように構成される。少なくとも1つの第2の領域は、第1のサイズとは異なる第2のサイズを有する複数の第2の発光構造を含む。複数の第2の発光構造は、複数の第2の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第2のギャップを伴って配置され、第2の波長を有する光を発光するように構成される。第1の波長および第2の波長は、異なるものであり、第1および第2のギャップの幅は、同じ、または実質的に同じである。
【００３２】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、LEDは、サーマルヒートシンクと、サーマルヒートシンク上に配置されるシリコンサブマウントであって、少なくとも1つの半導体ダイが上に配置されるシリコンサブマウントと、シリコンサブマウントに結合されるアノードリードおよびカソードリードと、サーマルヒートシンクを囲む外部パッケージと、シリコンサブマウントおよび少なくとも1つの半導体ダイを囲むレンズとをさらに含む場合がある。
【００３３】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、交互に基板上に配置される複数の発光構造と複数の平坦な発光面とを含む半導体ダイを提供する。複数の発光構造は、第1の波長を有する光を発光するように構成され、一方では、複数の平坦な発光面は、第2の波長を有する光を発光するように構成される。第1の波長は、第2の波長とは異なる。
【００３４】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、複数の発光構造および複数の平坦な発光面は、ナノサイズである場合がある。平坦な発光面の表面は、複数の発光構造の突出方向に垂直、または実質的に垂直である場合がある。
【００３５】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、複数の発光構造および複数の平坦な発光面は、第1の窒化物半導体層上に形成される場合がある。複数の発光構造のそれぞれは、第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるベース部と、ベース部上に形成される第1の活性層と、第1の活性層上に形成される第2の窒化物半導体層とを含む場合がある。複数の平坦な発光面のそれぞれは、第2の活性層と、第2の活性層上に形成される第3の窒化物半導体層と、非極性面とを含む構造を有する場合がある。
【００３６】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、少なくとも1つの半導体ダイを含むLEDを提供する。少なくとも1つの半導体ダイは、交互に基板上に配置される複数の発光構造と複数の平坦な発光面とを含む。複数の発光構造は、第1の波長を有する光を発光するように構成され、一方では、複数の平坦な発光面は、第2の波長を有する光を発光するように構成される。第1の波長は、第2の波長とは異なる。
【００３７】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、LEDは、サーマルヒートシンクと、サーマルヒートシンク上に配置されるシリコンサブマウントであって、少なくとも1つの半導体ダイが上に配置されるシリコンサブマウントと、シリコンサブマウントに結合されるアノードリードおよびカソードリードと、サーマルヒートシンクを囲む外部パッケージと、シリコンサブマウントおよび少なくとも1つの半導体ダイを囲むレンズとをさらに含む場合がある。
【００３８】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、半導体ダイを製造する方法を提供する。少なくともこの例示的な実施形態によれば、この方法は、基板上に第1の窒化物半導体層を形成するステップと、第1の窒化物半導体層の部分を露出させるために、第1の窒化物半導体層上に形成される誘電層をパターニングするステップと、第1の窒化物半導体層のそれぞれの露出された部分上にベース構造を形成するステップであって、ベース構造は第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるステップと、各ベース構造上に活性層を形成するステップと、活性層上に第2の窒化物半導体層を形成するステップとを含む。
【００３９】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、この方法は、活性層および第2の窒化物半導体層を形成する前に、パターニングされた誘電層を除去するステップをさらに含む場合がある。活性層および第2の窒化物半導体層は、それぞれのベース構造、およびベース構造の隣接するものの間の第1の窒化物半導体層の露出された部分の上に、順次形成される場合がある。
【００４０】
少なくとも1つの他の例示的な実施形態は、多波長光を生成する方法を提供する。少なくともこの例示的な実施形態によれば、この方法は、基板上に形成される複数の発光部の間のギャップを調整するステップを含む。複数の発光部のそれぞれは、半極性面を有し、ベース部と、第1の活性層と、窒化物半導体層とを含む。
【００４１】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、複数の発光部は、窒化物半導体層上に配置される場合がある。
【００４２】
これらの、および/または他の態様が、添付図面とともになされる、例示的な実施形態の以下の説明から、明らかになり、より容易に理解されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図２】別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図３】例示的な実施形態による半導体ダイの発光部を示す。
【図４】例示的な実施形態による半導体ダイに含まれる発光部のベース部の例示的な構造を示す。
【図５】さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図６】さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図７】さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図８】別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図９】別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図１０】例示的な実施形態によるInGaN半導体ダイのピーク波長に対する外部量子効率および目の感度の変動を示すグラフである。
【図１１Ａ】例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。
【図１１Ｂ】例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。
【図１１Ｃ】例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。
【図１１Ｄ】例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。
【図１２Ａ】別の例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。
【図１２Ｂ】別の例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。
【図１２Ｃ】別の例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。
【図１２Ｄ】別の例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。
【図１３】図1に示される例示的な実施形態によって構成される半導体ダイにより生成される光に関する、正規化された光ルミネセンス(PL)強度と波長との関係のグラフである。
【図１４】図5に示される例示的な実施形態によって構成される半導体ダイにより生成される光に関する、正規化された光ルミネセンス(PL)強度と波長との関係のグラフである。
【図１５Ａ】例示的な実施形態による白色光を生成するために使用可能な様々な色配置の例である。
【図１５Ｂ】例示的な実施形態による白色光を生成するために使用可能な様々な色配置の例である。
【図１６】例示的な実施形態による発光デバイス(LED)を示す。
【図１７】さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図１８】さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【図１９】例示的な実施形態による多波長光を生成するための方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
次に、例示的な実施形態が、一部の例示的な実施形態が示される添付図面を参照して、より十分に説明されることになる。図面では、見やすさのために、層の厚さおよび領域は誇張されている。図面内の同じ参照番号は、同じ要素を示す。
【００４５】
詳細な例示的な実施形態が、本明細書で開示される。しかしながら、本明細書で開示される特定の構造的および機能的な詳細は、単に、例示的な実施形態を説明するための見本である。例示的な実施形態は、多数の代替の形態で実施される場合があり、本明細書で説明されるもののみに限定されると解釈されるべきではない。
【００４６】
しかしながら、この開示を、開示される特定の例示的な実施形態に限定する意図はないということは理解されたい。それとは反対に、例示的な実施形態は、本発明の範囲内に含まれるすべての修正、等価物、および代替方法を包含することになる。図面の説明を通じて、同じ番号が同じ要素を指す。
【００４７】
本明細書では、様々な要素を説明するために、第1の、第2の、等の用語が使用される場合があるが、これらの要素は、これらの用語により限定されるべきではないということが理解されよう。これらの用語は、単に、ある要素を別の要素と区別するために使用される。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、第1の要素は、第2の要素と名づけられる可能性があり、同様に、第2の要素は、第1の要素と名づけられる可能性がある。本明細書で使用される際に、用語「および/または」は、関連する、列挙される用語の1つまたは複数の任意の、およびすべての組み合わせを含む。
【００４８】
ある要素が、別の要素に「接続される」または「結合される」と表されるとき、それは、他の要素に直接、接続もしくは結合されている場合があり、または、介在する要素が存在する場合があるということが理解されよう。一方、ある要素が、別の要素に「直接接続される」または「直接結合される」と表されるとき、介在する要素は存在しない。要素の間の関係を説明するために使用される他の単語は、同様にして解釈されるべきである(例えば、「間に」と「直接間に」との関係、「隣接する」と「直接隣接する」との関係等)。
【００４９】
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明することのみのためのものであり、限定的であることは意図されていない。本明細書で使用される際には、単数形「1つの(a)」、「1つの(an)」、および「その(the)」は、意味内容が明確にそうではないことを示さない限りは、複数形も含むことが意図されている。さらには、用語「備える」、「備えている」、「含む」、および/または「含んでいる」は、本明細書で使用されるときは、述べられた特徴、整数値、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を特定するが、1つもしくは複数の他の特徴、整数値、ステップ、動作、要素、構成要素、および/もしくはそれらのグループの存在または追加を排除しないことが理解されよう。
【００５０】
一部の代替の実施では、記される機能/動作は、図に記される順序とは無関係に行われる場合があるということにも留意されたい。例えば、順次示される2つの図は、必要とされる機能性/動作に応じて、実際には、実質的に並行的に実行される場合があり、または、時には、逆の順序で実行される場合がある。
【００５１】
少なくとも一部の例示的な実施形態による、半導体ダイ、およびそれらを含む発光デバイス(LED)は、光の比較的長い波長の発光効率を上昇させ、かつ/または、多数の波長の光(多波長光)を生成するために、1つまたは複数の発光アレイを含む。発光アレイは、ナノサイズである場合がある。
【００５２】
例示的な実施形態は、本明細書では、発光部に関して考察される。しかしながら、発光部は、本明細書では、時には発光構造と呼ばれる。
【００５３】
図1は、例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【００５４】
図1を参照すると、半導体ダイは、基板10上に積層される第1の窒化物半導体層13と、第1の窒化物半導体層13上に配設される発光アレイ14とを含む。発光アレイ14は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。基板10は、サファイア基板、シリコン基板、炭化ケイ素(SiC)基板、窒化ガリウム(GaN)基板、酸化ガリウム(Ga2O3)基板等であってよい。基板10は、LEDの製造が完了した後に除去される場合がある。したがって、基板10は、任意であってよい。
【００５５】
ナノサイズの発光アレイ14は、複数の発光部(または構造)18を含む。発光部18は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように呼ばれることになる。
【００５６】
ナノサイズの発光部18のそれぞれは、ベース部20と、ベース部20上に形成される第1の活性層25と、第1の活性層25上に形成される第2の窒化物半導体層30とを含む。
【００５７】
少なくともこの例示的な実施形態によれば、第1の窒化物半導体層13は、III-V族窒化物半導体材料(例えば、窒化ガリウム(GaN))で形成される場合があり、第1の型の半導体ドーパント(例えば、ケイ素(Si)などのn型ドーパント)でドープされる場合がある。この例では、第1の窒化物半導体層13は、n型GaN(n-GaN)材料であってよい。エピタキシアル成長のためのバッファ層(図示せず)が、基板10と第1の窒化物半導体層13との間に、さらに配設される場合がある。そのようなバッファ層は、一般に知られており、したがって、その詳細な説明は省略される。
【００５８】
さらに図1を参照すると、第1の活性層25は、電子-正孔再結合により光を発光するように構成される層である。ある例では、第1の活性層25は、窒化インジウムガリウム(InGaN)をベースとする窒化物半導体層である場合がある。第1の活性層25により発光される光の波長範囲は、バンドギャップエネルギーを制御することにより調整され得る。より具体的な例では、第1の活性層25は、InGaN/GaN、InGaN/InGaN、InGaN/AlGaN、InGaN/InAlGaN等のような、量子井戸層と障壁層とを含む場合がある。ただし、AlGaNは、窒化アルミニウムガリウムであり、InAlGaNは、窒化インジウムアルミニウムガリウムである。量子井戸層は、単一量子井戸(SQW)または多重量子井戸(MQW)である場合がある。
【００５９】
さらに図1を参照すると、第2の窒化物半導体層30は、III-V族窒化物半導体材料(例えば、GaN)で形成される場合があり、第2の型の半導体ドーパント(例えば、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)等のようなp型半導体ドーパント)でドープされる場合がある。この例では、第2の窒化物半導体層30は、p型GaN(p-GaN)層である。しかしながら、第2の窒化物半導体層30は、それに限定されない。むしろ、第1の窒化物半導体層13が、p型半導体層である場合があり、第2の窒化物半導体層30が、n型半導体層である場合がある。図示されていないが、内部量子効率を向上させるためのキャリア閉じ込め層が、第1の窒化物半導体層13と第1の活性層25との、および/または、第1の活性層25と第2の窒化物半導体層30との間に配設され得る。さらには、図示されていないが、電極層が、第2の窒化物半導体層30上に形成され得る。
【００６０】
III-V族化合物半導体の成長方法と呼ばれる種々の方法が、第1の窒化物半導体層13およびナノサイズの発光アレイ14を製造するために使用され得る。例えば、有機金属化学気相成長(MOCVD)法、ハイドライド気相成長(HVPE)法、分子線エピタキシー(MBE)法、有機金属気相成長(MOVPE)法、ハライド気相成長(HCVD)法等が使用され得る。ナノサイズの発光アレイ14は、ナノサイズの発光部18を含み、電流で駆動されるときに光を発光する。
【００６１】
図1に示される例示的な実施形態では、ナノサイズの発光部18は、第1のギャップだけ相互に離れて隔置される。複数の誘電パターン部15の中から、1つの誘電パターン部15が、ナノサイズの発光部18の隣接するものの間に配設される。誘電パターン部15は、窒化物が誘電パターン部15上に成長することを抑圧かつ/または防止するために、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)、樹脂等で形成される場合がある。図1に示されるように、誘電パターン部15の上面は、発光部18により覆われない(例えば、完全に覆われない)。むしろ、各誘電パターン部15の上面の少なくとも中間部は、露出される。
【００６２】
図2は、別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。図2に示される半導体ダイは、図1に示される半導体ダイと同様であり、したがって、簡潔さのために、図1および図2に示される例示的な実施形態の間の違いのみが、説明されることになる。
【００６３】
図2に示される例示的な実施形態では、ナノサイズの発光部18は、相互に離れて隔置されない。むしろ、ナノサイズの発光部18は、相互に隣接して(例えば、直接隣接して)いる。
【００６４】
より詳細には、図2に示されるように、半導体ダイは、発光アレイ14'を含む。発光アレイ14'は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。ナノサイズの発光アレイ14'は、図1でのように相互に離れて隔置されるのではなく、相互に隣接して(例えば、直接隣接して)形成される、複数のナノサイズの発光部(または構造)18を含む。この例示的な実施形態では、複数の誘電パターン部15'の上面は、ナノサイズの発光部18により覆われ、図1でのようには露出されない。
【００６５】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、半導体ダイにより発光される光の波長は、ナノサイズの発光部18の間のギャップにより変動する場合がある。
【００６６】
図1および図2に示されるナノサイズの発光部18は、複数の半極性面18aを含む。半極性面18aは、基板10の表面に対して傾斜している。
【００６７】
上述のように、発光部18のそれぞれは、ナノサイズである。ある例では、ナノサイズの発光部18のサイズは、約1μm以下である場合がある。例えば、ナノサイズの発光部18のそれぞれは、約200nmから約300nmまでの間のサイズを有する場合がある。別の例では、ナノサイズの発光部18のそれぞれは、約50nmから約500nmまでの間のサイズを有する場合がある。ナノサイズの発光部18のサイズは、その底面の最大直径に対応する場合がある。ナノサイズの発光部18は、多角形の形状である場合がある。図3では、ナノサイズの発光部18は、六角形の形状を有する。しかしながら、例示的な実施形態は、それに限定されない。例えば、ナノサイズの発光部18は、円錐形状、角錐形状等である場合がある。図3はベース部20を示すが、ナノサイズの発光部18およびベース部20は、実質的に同じ形状を有する場合がある。ベース部20は、複数の半極性面20aおよび複数の底面20bを含む。
【００６８】
ベース部20は、第1の窒化物半導体層13と同じ、または実質的に同じ材料で形成される場合がある。しかしながら、ベース部20は、それに限定されない。むしろ、ベース部20は、第1の窒化物半導体層13とは異なる材料で形成される場合がある。
【００６９】
図4は、例示的な実施形態によるベース部20の配置を示す。図示のように、ベース部20の底面20bは、所与の、所望の、または所定のギャップだけ相互に離れて隔置される。この例では、底面20bは、行ごとに蜂の巣形状を形成する千鳥配置すなわちオフセット配置で配置される。しかしながら、例示的な実施形態は、それに限定されない。代替例では、ベース部20は、1列に配置される場合がある。
【００７０】
少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、ナノサイズの発光部18は、例えば、InGaN活性層中のインジウム(In)含有量が、より自由に増加され、かつ/または、格子不整合に起因する結晶欠陥を低減することにより、内部量子効率を上昇させることを可能にする場合がある。さらには、少なくとも一部の例示的な実施形態によるナノサイズの発光部のサイズが、光の波長と比較して相対的に小さいならば、光の抽出効率は、上昇する場合があり、それにより、外部量子効率を上昇させる。
【００７１】
ナノサイズの発光部18は、活性層の応力による歪みを縮小かつ緩和し、それにより、応力に起因する圧電分極を低減する。圧電分極の発生を抑圧かつ/または防止することにより、例えば、約500nmを超える波長を有する光の光効率が上昇させられ得る。比較的大きな電流の動作での効率もまた、上昇させられ得る。
【００７２】
図5は、さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【００７３】
図5を参照すると、半導体ダイは、基板110上に形成される第1の窒化物半導体層113と、第1の窒化物半導体層113上に形成される発光アレイ114とを含む。発光アレイ114は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。
【００７４】
ナノサイズの発光アレイ114は、相互に離れて隔置される複数の発光部(または構造)118を含む。発光部118は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。
【００７５】
それぞれのナノサイズの発光部118は、ベース部120と、第1の活性層125と、第2の窒化物半導体層130とを含む。ナノサイズの発光部118は、複数の半極性面118aを含む。ある例では、ナノサイズの発光部118は、多角錐の形状を有する場合がある。
【００７６】
さらに図5を参照すると、半導体ダイは、ナノサイズの発光部118の間に配設される複数の多層構造142をさらに含む。多層構造142のそれぞれは、第2の活性層125'と、第3の窒化物半導体層130'とを含む。多層構造142は、基板110と平行、または実質的に平行な非極性面142aを含む(例えば、(0001)面)。第2の活性層125'は、第1の活性層125と同じ、または実質的に同じ材料で、同じ、または実質的に同じ時間に(例えば、同時に、または並行的に)成長させられ得る。第3の窒化物半導体層130'は、第2の活性層130と同じ、または実質的に同じ材料で、同じ、または実質的に同じ時間に(例えば、同時に、または並行的に)成長させられ得る。基板110、第1の窒化物半導体層113、およびナノサイズの発光部118は、図1を参照して上記で説明されたものと同じ、または実質的に同じであり、したがって、それらの詳細な説明は、ここでは反復されないことになる。さらには、図1および図5を参照して説明される同じ要素は、実質的に同じ、または実質的に同じ機能を有し、したがって、それらの詳細な説明は、ここでは反復されないことになる。
【００７７】
さらに図5を参照すると、第1の活性層125は、ナノサイズの発光部118の半極性面118a(例えば、a(11-11)または(11-22)面)上に成長させられる。その結果、自発分極が低減される場合があり、かつ/または、歪みが緩和される場合がある。したがって、圧電分極が低減される場合があり、それにより、量子閉じ込めシュタルク効果(QCSE)を抑圧する。すなわち、例えば、InGaN活性層が、ナノサイズの発光部118の半極性面118a上に形成されるとき、歪みが緩和され得るとともに、InGaN活性層のインジウム(In)含有量が増加されるときでも、結晶欠陥の発生が低減され得る。さらには、InGaN活性層の含有量は、一定、または実質的に一定である場合があり、それは、圧電場を抑圧することができ、それによって、より長い波長の発光効率を上昇させる。
【００７８】
さらに図5を参照すると、多層構造142は、非極性面142aを含み、第2の活性層125'は、量子井戸層を含む。ナノサイズの発光部118の半極性面118a、および多層構造142の非極性面142aは、結晶学的特性に従って、同じ、または実質的に同じ条件の下で成長させられるが、これらの成分は異なる場合がある。例えば、InGaNが成長させられるとき、半極性面118aのIn含有量は、非極性面142aのIn含有量より大きい場合がある。この例では、非極性面142aのIn含有量は、比較的小さくなり得る。したがって、半極性面118aにより発光される第1の光L1は、非極性面142aにより発光される第2の光L2のものよりも長い波長を有する場合がある。したがって、図5に示される半導体ダイは、多波長光を発光することができる。
【００７９】
隣接するナノサイズの発光部118の各対の間のギャップd1は、ナノサイズの発光部118から発光される第1の光L1の波長を変化させるために調整され得る。ナノサイズの発光部118の間のギャップd1は、多層構造142の幅または面積を調整することにより調整され得る。
【００８０】
少なくともこの例示的な実施形態によれば、図5に示される半導体ダイは、単一チップで、ただし、第1の光L1および第2の光L2を同時に、または並行的に発光することにより、蛍光材料を使用することなく、白色光の発光を可能にする。第1の光L1および第2の光L2の波長は、白色光を生成するために、状況に応じて調整され得る。
【００８１】
図6は、さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【００８２】
図6を参照すると、半導体ダイは、基板210と、基板210上に形成される第1の窒化物半導体層213と、第1の窒化物半導体層213上に形成される発光アレイ214とを含む。発光アレイ214は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。
【００８３】
ナノサイズの発光アレイ214は、所与の、所望の、または所定のパターンで配置される複数の発光部(または構造)218を含む。発光部218は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。
【００８４】
より詳細には、ナノサイズの発光アレイ214は、交互に配置される複数の第1の領域240と複数の第2の領域250とを含む。複数の第1の領域240は、連続的に、かつ相互に隣接して(例えば、直接隣接して)配置される、ナノサイズの発光部218を含む。第2の領域250は、その中に多層構造242が形成される第1のギャップd16を含む。図6に示される例示的な実施形態は、複数の第1の領域240と複数の第2の領域とを含むが、例示的な実施形態は、少なくとも1つの第1の領域240と少なくとも1つの第2の領域250とを含む場合がある。
【００８５】
それぞれの第1の領域240の内部では、ナノサイズの発光部218は、相互に離れて隔置されない。むしろ、上述のように、ナノサイズの発光部218は、連続的に、かつ相互に隣接して(例えば、直接隣接して)形成される。
【００８６】
ナノサイズの発光部218のそれぞれは、ベース部220と、第1の活性層225と、第2の窒化物半導体層230とを含む。
【００８７】
それぞれの第2の領域250は、隣接する第1の領域240の対の間のギャップd16内に配置される、多層構造242を含む。多層構造242のそれぞれは、第2の活性層225'と第3の窒化物半導体層230'とを含む。第1の活性層225および第2の活性層225'は、同じ、または実質的に同じ材料で、(例えば、一体に)形成され得る。第2の窒化物半導体層230および第3の窒化物半導体層230'は、同じ、または実質的に同じ材料で、(例えば、一体に)形成され得る。
【００８８】
さらに図6を参照すると、ナノサイズの発光部218は、半極性面218aを含み、一方では、多層構造242は、非極性面または平坦面242aを含む。平坦面242aは、複数のナノサイズの発光部218の突出方向に垂直、または実質的に垂直である場合がある。
【００８９】
少なくともこの例示的な実施形態では、半極性面218aにより発光される第1の光L16は、非極性面242aにより発光される第2の光L26よりも長い波長を有する。したがって、図6の半導体ダイは、多波長光を発光するように構成される。少なくともこの例示的な実施形態によれば、ナノサイズの発光部218により発光される第1の光L16の波長は、隣接する第1の領域240の間のギャップd16を調整することにより調整され得る。
【００９０】
図6に示される半導体ダイは、単一チップで、ただし、第1の光L16および第2の光L26を同時に、または並行的に発光することにより、蛍光材料を使用することなく、白色光の発光を可能にする。第1の光L16および第2の光L26の波長は、状況に応じて調整され得る。
【００９１】
図7は、さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【００９２】
図7を参照すると、半導体ダイは、基板310と、基板310上に形成される第1の窒化物半導体層313と、第1の窒化物半導体層313上に形成される発光アレイ314とを含む。発光アレイ314は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。ナノサイズの発光アレイ314は、複数の第1の領域340と複数の第2の領域350とを含む。図7に示される例示的な実施形態は、複数の第1の領域340と複数の第2の領域350とを含むが、例示的な実施形態は、少なくとも1つの第1の領域340と少なくとも1つの第2の領域350とを含む場合がある。
【００９３】
複数の第1の領域340のそれぞれは、複数の発光部(または構造)318を含み、それらは、第1のギャップd17だけ相互に離れて隔置される。発光部318もまた、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。ナノサイズの発光部318のそれぞれは、ベース部320と、第1の活性層325と、第2の窒化物半導体層330とを含む。
【００９４】
この例では、第1の領域340は、第2の領域350により、相互に離れて隔置される。それぞれの第2の領域350は、隣接する第1の領域340の各対の間の第2のギャップd27内に配置される、多層構造342を含む。多層構造342のそれぞれは、第2の活性層325'と第3の窒化物半導体層330'とを含む。第1の活性層325および第2の活性層325'は、同じ、または実質的に同じ材料で、(例えば、一体に)形成され得る。第2の窒化物半導体層330および第3の窒化物半導体層330'は、同じ、または実質的に同じ材料で、(例えば、一体に)形成され得る。
【００９５】
ナノサイズの発光部318は、半極性面318aを含む。多層構造342は、非極性面または平坦面342aを含む。平坦面342aは、ナノサイズの発光部318の突出方向に垂直、または実質的に垂直に配置される。
【００９６】
第1の領域340のそれぞれの内部では、ナノサイズの発光部318は、第1のギャップd17だけ相互に離れて隔置され、複数の誘電パターン部315が、ナノサイズの発光部318の間に配置される。誘電パターン部315は、誘電パターン部15に関して上で考察されたように、誘電性物質で形成される場合がある。活性層は、誘電パターン部315上には成長させられない。
【００９７】
半極性面318aにより発光される第1の光L17は、非極性面342aにより発光される第2の光L27よりも長い波長を有する場合がある。したがって、図7の半導体ダイは、多波長光を発光することができる。
【００９８】
発光部318により発光される第1の光L17の波長は、ナノサイズの発光部318の間の第1のギャップd17、および/または、第1の領域340の間の第2のギャップd27を調整することにより調整され得る。
【００９９】
少なくともこの例示的な実施形態によれば、図7に示される半導体ダイは、単一チップで、ただし、第1の光L17および第2の光L27を並行的に、または同時に発光することにより、蛍光材料を使用することなく、白色光の発光を可能にする。第1の光L17および第2の光L27の波長は、状況に応じて調整され得る。
【０１００】
図17は、さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【０１０１】
図17を参照すると、半導体ダイは、基板1710と、基板1710上に形成される第1の窒化物半導体層1713と、第1の窒化物半導体層1713上に形成される発光アレイ1714とを含む。発光アレイ1714は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように考察されることになる。
【０１０２】
ナノサイズの発光アレイ1714は、複数の第1の領域1740と複数の第2の領域1742とを含む。図17に示される例示的な実施形態は、複数の第1の領域1740と複数の第2の領域1742とを含むが、例示的な実施形態は、少なくとも1つの第1の領域1740と少なくとも1つの第2の領域1742とを含む場合がある。
【０１０３】
複数の第1の領域1740のそれぞれは、複数の発光部(または構造)1718を含み、それらは、第1のギャップd171だけ相互に離れて隔置される。発光部1718は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。ナノサイズの発光部1718のそれぞれは、ベース部1720と、第1の活性層1725と、第2の窒化物半導体層1730とを含む。
【０１０４】
複数の第2の領域1742のそれぞれは、複数の発光部(または構造)1718'を含む。複数の発光部1718'は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。ナノサイズの発光部1718'のそれぞれは、ベース部1720'と、第1の活性層1725'と、第2の窒化物半導体層1730'とを含む。複数のナノサイズの発光部1718'は、連続的に、かつ相互に隣接して(例えば、直接隣接して)配置される。比較的小さな誘電パターン部1715'が、隣接するナノサイズの発光部1718'の各対の間に形成される。
【０１０５】
それぞれの第1の領域1740は、隣接する第2の領域1742から、第2のギャップd172だけ離れて隔置される。
【０１０６】
ナノサイズの発光部1718は、半極性面1718aを含み、ナノサイズの発光部1718'は、半極性面1718a'を含む。半極性面1718aは、第1の波長を有する第1の光L171を発光することができ、一方では、半極性面1718a'は、第2の波長を有する第2の光L172を発光することができる。第1の波長および第2の波長は、異なる場合がある。例えば、第1の波長は、第2の波長より大きい場合がある。したがって、図17の半導体ダイは、多波長光を発光することができる。多波長光を生成することにより、図17の半導体ダイは、蛍光材料の使用なしに、単一チップから白色光を生成するために使用され得る。
【０１０７】
図18は、さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【０１０８】
図18を参照すると、半導体ダイは、基板1810と、基板1810上に形成される第1の窒化物半導体層1813と、第1の窒化物半導体層1813上に形成される発光アレイ1814とを含む。発光アレイ1814は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。
【０１０９】
ナノサイズの発光アレイ1814は、複数の第1の領域1840と複数の第2の領域1842とを含む。図18に示される例示的な実施形態は、複数の第1の領域1840と複数の第2の領域1842とを含むが、例示的な実施形態は、少なくとも1つの第1の領域1840と少なくとも1つの第2の領域1842とを含む場合がある。
【０１１０】
複数の第1の領域1840のそれぞれは、複数の発光部(または構造)1818を含む。複数の発光部1818は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。複数のナノサイズの発光部1818は、第1のギャップだけ相互に離れて隔置される場合がある。
【０１１１】
ナノサイズの発光部1818のそれぞれは、ベース部1820と、第1の活性層1825と、第2の窒化物半導体層1830とを含む。誘電パターン部1815が、隣接するナノサイズの発光部1818の各対の間に形成される。
【０１１２】
ナノサイズの発光部1818は、半極性面1818aを含む。半極性面1818aは、第1の波長を有する第1の光L181を発光することができる。
【０１１３】
複数の第2の領域1842のそれぞれは、複数の発光部(または構造)1818'を含む。複数の発光部1818'は、第2のギャップだけ相互に離れて隔置される場合がある。第2のギャップの幅は、第1のギャップの幅と同じ、またはそれとは異なる場合がある。複数の発光部1818'は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。ナノサイズの発光部1818'のそれぞれは、ベース部1820'と、第1の活性層1825'と、第2の窒化物半導体層1830'とを含む。誘電パターン部1815が、隣接するナノサイズの発光部1818'の各対の間に形成される。ナノサイズの発光部1818'は、半極性面1818a'を含む。半極性面1818a'は、第2の波長を有する第2の光L182を発光することができる。第1および第2の波長は、異なる場合がある。例えば、第2の波長は、第1の波長より大きい場合がある。したがって、図18の半導体ダイは、多波長光を発光することができる。
【０１１４】
この例では、複数の発光部1818の間の第1のギャップ、複数のナノ発光部1818'の間の第2のギャップ、および、複数の第1の領域1840と複数の第2の領域1842との間のギャップは、同じ、または実質的に同じである。しかしながら、これらのギャップの1つまたは複数は、その他と異なる場合がある。
【０１１５】
さらに図18を参照すると、第1の領域1840内の複数のナノサイズの発光部1818は、第2の領域1842内の複数のナノサイズの発光部1818'よりも、サイズが大きい。この例では、複数のナノサイズの発光部1818のそれぞれは、第1のサイズを有し、複数のナノサイズの発光部のそれぞれは、第2のサイズを有し、第1のサイズは、第2のサイズより大きい。
【０１１６】
図8は、さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【０１１７】
図8を参照すると、半導体ダイは、基板410と、基板410上に形成される第1の窒化物半導体層413と、第1の窒化物半導体層413上に形成される発光アレイ414とを含む。発光アレイ414は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。
【０１１８】
ナノサイズの発光アレイ414は、複数の第1の領域440と複数の第2の領域442とを含む。複数の第1の領域440および複数の第2の領域442が示されるが、例示的な実施形態は、1つまたは複数の第1の領域440と、1つまたは複数の第2の領域442とを含む場合がある。
【０１１９】
複数の第1の領域440のそれぞれは、複数の発光部(または構造)418を含む。複数の発光部418は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。ナノサイズの発光部418は、第1のギャップd18だけ相互に離れて隔置される。
【０１２０】
複数の第2の領域442のそれぞれもまた、複数のナノサイズの発光部(または構造)418を含む。しかしながら、第2の領域442内の複数のナノサイズの発光部418は、第2のギャップd28だけ相互に離れて隔置される。この例では、第2のギャップd28の幅は、第1のギャップd18の幅より大きい。
【０１２１】
ナノサイズの発光部418のそれぞれは、ベース部420と、ベース部420上に形成される第1の活性層425と、第1の活性層425上に形成される第2の窒化物半導体層430とを含む。それぞれのナノサイズの発光部418は、半極性面418aを含む。
【０１２２】
複数の誘電パターン部415が、ナノサイズの発光部418の間に配置される。
【０１２３】
図8に示される例示的な実施形態では、第1の領域440内で、第1の誘電パターン部415aが、第1のギャップd18で、ナノサイズの発光部418の間に配置され、一方では、第2の領域442内で、第2の誘電パターン部415bが、第2のギャップd28で、ナノサイズの発光部418の間に配置される。
【０１２４】
少なくともこの例示的な実施形態によれば、ナノサイズの発光部418により発光される光の波長は、ナノサイズの発光部418の間のギャップの幅を調整することにより調整され得る。例えば、第1の領域440内のナノサイズの発光部418は、第1の波長を有する第1の光L18を発光することができ、一方では、第2の領域442内のナノサイズの発光部418は、第1の波長とは異なる第2の波長を有する第2の光L28を発光することができる。したがって、図8の半導体ダイは、単一チップで、第1の波長を有する第1の光L18、および第2の波長を有する第2の光L28を発光することにより、蛍光材料の使用なしに、白色光の発光を可能にすることができる。
【０１２５】
図9は、さらに別の例示的な実施形態による半導体ダイを示す概略断面図である。
【０１２６】
図9を参照すると、半導体ダイは、基板510と、基板510上に形成される第1の窒化物半導体層513と、第1の窒化物半導体層513上に形成される発光アレイ514とを含む。発光アレイ514は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。
【０１２７】
ナノサイズの発光アレイ514は、所与の、所望の、または所定のパターンで配置される複数の発光部(または構造)518を含む。複数の発光部518は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。
【０１２８】
複数のナノサイズの発光部518のそれぞれは、ベース部520と、第1の活性層525と、第2の窒化物半導体層530とを含む。それぞれのナノサイズの発光部518は、半極性面518aを含み、多角錐の形状を有する場合がある。
【０１２９】
ナノサイズの発光アレイ514は、複数の第1の領域540と、複数の第2の領域542と、複数の第3の領域544とを含む。図9は、複数の第1の領域540、複数の第2の領域542、および複数の第3の領域544を示すが、例示的な実施形態は、1つまたは複数の第1の領域540と、1つまたは複数の第2の領域542と、1つまたは複数の第3の領域544とを含む場合がある。
【０１３０】
複数の第1の領域540のそれぞれは、第1のギャップd19だけ相互に離れて隔置される、複数のナノサイズの発光部518を含む。
【０１３１】
複数の第2の領域542のそれぞれは、第2のギャップd29だけ相互に離れて隔置される、複数のナノサイズの発光部518を含む。
【０１３２】
複数の第3の領域544のそれぞれは、第3のギャップd39だけ相互に離れて隔置される、複数のナノサイズの発光部518を含む。
【０１３３】
第1のギャップd19、第2のギャップd29および第3のギャップd39の幅は、異なる場合がある。図9に示される例では、第2のギャップd29の幅は、第1のギャップd19の幅より大きく、第3のギャップd39の幅は、第2のギャップd29の幅より大きい。
【０１３４】
複数の誘電パターン部515が、ナノサイズの発光部518の間に配置される。この例示的な実施形態では、活性層は、誘電パターン部515上には成長させられない。
【０１３５】
第1、第2、および第3の領域540、542、および544のそれぞれの内部のナノサイズの発光部518は、第1、第2、および第3のギャップd19、d29、およびd39の幅に応じて、異なる波長の光を発光する。例えば、第1のギャップd19だけ相互に離れて隔置される、第1の領域540内のナノサイズの発光部518は、第1の波長を有する第1の光L19を発光することができる。第2のギャップd29だけ相互に離れて隔置される、第2の領域542内のナノサイズの発光部518は、第2の波長を有する第2の光L29を発光することができる。第3のギャップd39だけ相互に離れて隔置される、第3の領域544内のナノサイズの発光部518は、第3の波長を有する第3の光L39を発光することができる。第1、第2、および第3の波長は、相互に異なる場合がある。
【０１３６】
図9の半導体ダイは、単一チップで、3つ以上波長の光を発光することにより、蛍光材料を使用することなく、白色光の生成を可能にする。光の波長は、ナノサイズの発光部518の間のギャップの幅を調整することにより、状況に応じて調整され得る。少なくとも一部の例示的な実施形態による半導体ダイは、比較的長い波長の発光効率を上昇させることができる。
【０１３７】
図10は、例示的な実施形態による半導体ダイのピーク波長に対する外部量子効率および目の感度の例示的な変動を示すグラフである。この例示的な実施形態では、半導体ダイは、InGaN活性層を含む。
【０１３８】
図10を参照すると、半導体ダイの外部量子効率が低下するにつれて、ピーク波長が増大する。しかしながら、目の感度は、例えば、約520nmから約580nmまでの間の波長で、比較的高い。そして、目の感度は、照明光にとって比較的重要である場合がある。このように、LED照明光として、比較的高い目の感度を有する波長帯の光を発光することもまた、比較的重要である場合がある。したがって、比較的長い波長、例えば、約500nm以上の波長を有する光の外部量子効率を上昇させることが必要である場合がある。InGaN活性層のインジウム(In)モル比率が、光の波長を増大させるために、上昇させられる場合がある。しかしながら、そのようなInモル比率の上昇は、圧電場の増大、InGaN活性層の間の格子不整合、および/または窒化物半導体層の悪化という結果になる場合がある。さらには、Inモル比率の上昇は、Inの局所化による相分離、および、比較的低い温度での成長による不純物含有量の増加という結果になる場合がある。したがって、比較的長い波長の光効率が悪化する場合がある。
【０１３９】
しかしながら、少なくとも一部の例示的な実施形態によれば、半導体ダイは、ナノサイズであり、複数の半極性面を有するナノサイズの発光部を含み、それにより、比較的長い波長の光効率を上昇させる。活性層は、半極性面上に成長させられ、それが、自発分極を低減し、かつ/または、歪みを緩和することができ、それが、圧電分極を低減することができる。さらには、例えば、InGaN活性層が、ナノサイズの発光部の半極性面上に形成されるとき、歪みが緩和され得るとともに、InGaN活性層のIn含有量が増加されるときでも、結晶欠陥の発生が低減され得る。さらには、InGaN活性層の含有量は、一定、または実質的に一定であり、したがって、圧電場は抑圧される場合があり、それにより、比較的長い波長の発光効率を上昇させる。したがって、少なくとも一部の例示的な実施形態による半導体ダイは、比較的高い目の感度を有する光の比較的長い波長帯の発光効率を上昇させることにより、照明光に、より適する場合がある。さらには、様々な波長を有する複数の量子井戸層が、圧電場の発生を抑圧することにより、単一のp-n接合に含められ得るが、様々な波長を有する光の相対感度は、電流密度の変動によってあまり変動しないので、色温度の一致性が上昇する場合がある。このように、少なくとも一部の例示的な実施形態による半導体ダイ(およびそれらを含むLED)は、光照明に、より適する場合がある。
【０１４０】
図11A〜図11Dは、例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。図11A〜図11Dに示される方法は、図1に示される半導体ダイを製造することに関して説明されることになる。
【０１４１】
図11Aを参照すると、第1の窒化物半導体層613が、基板610上に積み重ねられ、誘電層パターン615が、第1の窒化物半導体層613上に積み重ねられる。誘電パターン615は、露出部616を含み、それを通して、第1の窒化物半導体層613の部分が露出される。誘電パターン615は、誘電層をパターニングすることにより形成される。
【０１４２】
図11Bを参照すると、ベース部620が、窒化物半導体を利用して各露出部616上に成長させられる。この例では、ベース部620は、基板610に対して傾斜している半極性面を含むように成長させられる。窒化物半導体は、選択的に成長させられ、それにより、窒化物半導体は、誘電層パターン615上には成長させられない。むしろ、図示のように、窒化物半導体は、露出部616上に選択的に成長させられる。
【０１４３】
図11Cおよび図11Dを参照すると、活性層625および第2の窒化物半導体層630が、ベース部620上に成長させられる。ベース部620、活性層625、および第2の窒化物半導体層630は、ナノサイズの発光部618を形成する。ナノサイズの発光部618は、ナノサイズの発光アレイ614を形成するために、所与の、所望の、または所定のギャップで配置される。
【０１４４】
図11Dに示されるように、ナノサイズの発光部618は、第1の光L1を発光することができる。ナノサイズの発光部618は、図11Dでは、所与の、所望の、または所定のギャップで配置されるが、ナノサイズの発光部618は、それらの間にギャップなしに配置される場合がある。さらには、ナノサイズの発光部618の間のギャップは、発光される光の波長を調整するために、誘電層パターン615のパターンを調整することにより調整され得る。多数の異なる波長の光が、ナノサイズの発光部618の間の2つ以上のタイプのギャップを調整することにより発光され得る。
【０１４５】
図12A〜図12Dは、別の例示的な実施形態による半導体ダイを製造する方法を説明するための図である。図12A〜図12Dに示される方法は、図5に示される半導体ダイを製造することに関して説明されることになる。
【０１４６】
図12Aを参照すると、第1の窒化物半導体層713が、基板710上に積み重ねられ、誘電層パターン715が、第1の窒化物半導体層713上に積み重ねられる。誘電層パターン715は、露出部716を含み、それを通して、第1の窒化物半導体層713の部分が露出される。
【０１４７】
図12Bを参照すると、ベース部720が、露出部716上に成長させられる。ベース部720は、図11A〜図11Dに関して上で考察されたベース部620と同じ、または実質的に同じ方法で成長させられる。
【０１４８】
図12Cを参照すると、誘電層パターン715が、第1の窒化物半導体層713の部分を露出させるために、第1の窒化物半導体層713から除去される。誘電層パターン715は、任意の既知の方法で(例えば、エッチングにより)除去され得る。
【０１４９】
図12Dを参照すると、第1の活性層725が、ベース部720上に成長させられ、第2の活性層725'が、第1の窒化物半導体層713の露出された部分上に成長させられる。第1の活性層725および第2の活性層725'は、同時に、または並行的に成長させられ得る。第2の窒化物半導体層730が、第1の活性層725上に成長させられ、第3の窒化物半導体層730'が、第2の活性層725'上に成長させられる。第2の窒化物半導体層730および第3の窒化物半導体層730'は、同時に、または並行的に成長させられ得る。ベース部720、第1の活性層725、および第2の窒化物半導体層730は、ナノサイズの発光部718を形成し、一方では、第2の活性層725'および第3の窒化物半導体層730'は、多層構造742を形成する。ナノサイズの発光部718は、基板710に対して傾斜している半極性面を含む。多層構造742は、基板710と平行、または実質的に平行である非極性面を含む。
【０１５０】
ナノサイズの発光部718は、第1の波長を有する第1の光L12を発光することができ、一方では、多層構造742は、第2の波長を有する第2の光L22を発光することができる。第1の波長は、第2の波長より大きい場合がある。
【０１５１】
例示的な実施形態による多数の波長の光を生成する方法が、次により詳細に説明されることになる。
【０１５２】
図19は、例示的な実施形態による単一の半導体ダイを使用して、多数の波長の光を生成するための方法を示すフローチャートである。
【０１５３】
図19を参照すると、この方法は、第1の窒化物半導体層上に発光部を配置するステップ(S1702)と、発光部の間のギャップを調整するステップ(S1704)とを含む。発光部は、ナノサイズである場合があり、本明細書では、そのように説明されることになる。ナノサイズの発光部は、半極性面を含む場合がある。ナノサイズの発光部の間のギャップが調整されるとき、誘電パターンが、ナノサイズの発光部の間に配設される場合があり、または、多層構造が、それらの間に配設される場合がある。このように、多数の波長の光は、単一のチップすなわちダイで、蛍光材料の使用なしに発光され得る。ある例では、白色光は、多数の波長の光を発光することにより発光される場合があり、比較的長い波長の発光効率が、上昇する場合があり、それにより、目の感度に適した照明光を生成する。
【０１５４】
図13は、図1に示される例示的な実施形態によって構成される半導体ダイにより生成される光に関する、正規化された光ルミネセンス(PL)強度と波長との関係のグラフである。
【０１５５】
例えば、図13に示されるように、正規化されたPL強度は、約450nmから約650nmの波長の間で、大幅に変動する。そして、ピークの正規化されたPL強度は、約500nmから約550nmの間である。
【０１５６】
図14は、図5に示される例示的な実施形態によって構成される半導体ダイにより生成される光に関する、正規化された光ルミネセンス(PL)強度と波長との関係のグラフである。
【０１５７】
図14に示されるように、半導体ダイの微小ファセット(例えば、図5の発光部118)部により生成されるピークPL強度の光に対応する波長は、半導体ダイの微小平坦部(例えば、多層構造142a)により生成される光のピークPL強度に対応する波長とは、約15nmだけ異なる。この例では、半導体ダイの微小ファセット部に関する、PL強度と波長との関係のグラフが、半導体ダイの微小平坦部に関する、PL強度と波長との関係のグラフに対して、左にシフトされている。
【０１５８】
図15Aおよび図15Bは、例示的な実施形態による白色光を生成するために使用可能な様々な色配置の例である。本明細書で考察されたナノサイズの発光部を、図15Aおよび図15Bに示されるパターンに従って配置することにより、白色光が、単一のチップすなわちダイで生成され得る。
【０１５９】
図15Aを参照すると、青色光を発光するように構成される発光部Bは、黄色光を発光するように構成される発光部Yと交互に、水平および垂直の両方向に配置される。
【０１６０】
図15Bを参照すると、発光部Y、青色光を発光するように構成される発光部B、および赤色光を発光するように構成される発光部Rは、交替で、水平および垂直の両方向に配置される。
【０１６１】
図15Aおよび図15Bに示されるパターンは、単なる例である。しかしながら、例示的な実施形態は、単なるこれらの例に限定されるべきではない。むしろ、ナノサイズの発光部は、当業者により望まれるような任意の適した方法で配置され得る。
【０１６２】
図16は、例示的な実施形態による発光デバイス(LED)を示す。
【０１６３】
図16を参照すると、半導体ダイ1612が、シリコンサブマウント1610上に配置される。シリコンサブマウント1610は、サーマルヒートシンク1608上に配置され、それは、外部パッケージ1604内に囲まれる。ボンドワイヤ1606は、シリコンサブマウント1610をLEDのアノードリード(図示せず)に接続する。カソードリード1602は、内部回路(図示せず)を介して、シリコンサブマウント1610に結合される。レンズ1614は、半導体ダイ1612、シリコンサブマウント1610およびボンドワイヤ1606を囲む。半導体ダイ1612は、本明細書で考察される半導体ダイの1つであってよい。
【０１６４】
例示的な実施形態による、半導体ダイおよび/またはLEDは、様々な技術分野で実施され得る。例えば、少なくとも一部の例示的な実施形態による、LEDおよび/または半導体ダイは、道路照明、装飾照明、屋内照明、生物医学用照明、車両ライトとして、フラットパネル表示装置(例えば、液晶表示(LED)装置等)での表示および/またはバックライト、ディスプレイおよび/またはプロジェクタ照明等として実施され得る。
【０１６５】
本明細書で説明される例示的な実施形態は、説明された趣旨のみで解釈されるべきであり、限定を目的としたものではないということを理解されたい。それぞれの例示的な実施形態内の特徴または態様の説明は、典型的には、他の実施形態での他の同様の特徴または態様に対して利用可能であると解釈されるべきである。
【符号の説明】
【０１６６】
10 基板
13 第1の窒化物半導体層
14 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
14' 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
15 誘電パターン部
15' 誘電パターン部
18 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部
18a 半極性面
20 ベース部
20a 半極性面
20b 底面
25 第1の活性層
30 第2の窒化物半導体層
110 基板
113 第1の窒化物半導体層
114 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
118 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部
118a 半極性面
120 ベース部
125 第1の活性層
125' 第2の活性層
130 第2の窒化物半導体層、第2の活性層
130' 第3の窒化物半導体層
142 多層構造
142a 非極性面、多層構造
210 基板
213 第1の窒化物半導体層
214 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
218 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部
218a 半極性面
220 ベース部
225 第1の活性層
225' 第2の活性層
230 第2の窒化物半導体層
230' 第3の窒化物半導体層
240 第1の領域
242 多層構造
242a 非極性面、平坦面
250 第2の領域
310 基板
313 第1の窒化物半導体層
314 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
315 誘電パターン部
318 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部
318a 半極性面
320 ベース部
325 第1の活性層
325' 第2の活性層
330 第2の窒化物半導体層
330' 第3の窒化物半導体層
340 第1の領域
342 多層構造
342a 非極性面、平坦面
350 第2の領域
410 基板
413 第1の窒化物半導体層
414 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
415 誘電パターン部
415a 第1の誘電パターン部
415b 第2の誘電パターン部
418 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部
418a 半極性面
420 ベース部
425 第1の活性層
430 第2の窒化物半導体層
440 第1の領域
442 第2の領域
510 基板
513 第1の窒化物半導体層
514 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
515 誘電パターン部
518 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部
518a 半極性面
520 ベース部
525 第1の活性層
530 第2の窒化物半導体層
540 第1の領域
542 第2の領域
544 第3の領域
610 基板
613 第1の窒化物半導体層
614 ナノサイズの発光アレイ
615 誘電層パターン、誘電パターン
616 露出部
618 ナノサイズの発光部
620 ベース部
625 活性層
630 第2の窒化物半導体層
710 基板
713 第1の窒化物半導体層
715 誘電層パターン
716 露出部
718 ナノサイズの発光部
720 ベース部
725 第1の活性層
725' 第2の活性層
730 第2の窒化物半導体層
730' 第3の窒化物半導体層
742 多層構造
1602 カソードリード
1604 外部パッケージ
1606 ボンドワイヤ
1608 サーマルヒートシンク
1610 シリコンサブマウント
1612 半導体ダイ
1614 レンズ
1710 基板
1713 第1の窒化物半導体層
1714 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
1715' 誘電パターン部
1718、1718' 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部
1718a、1718a' 半極性面
1720、1720' ベース部
1725、1725' 第1の活性層
1730、1730' 第2の窒化物半導体層
1740 第1の領域
1742 第2の領域
1810 基板
1813 第1の窒化物半導体層
1814 発光アレイ、ナノサイズの発光アレイ
1815 誘電パターン部
1818 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部
1818' 発光部(または構造)、発光部、ナノサイズの発光部、ナノ発光部
1818a、1818a' 半極性面
1820、1820' ベース部
1825、1825' 第1の活性層
1830、1830' 第2の窒化物半導体層
1840 第1の領域
1842 第2の領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第1の波長を有する光を発光するように構成される、少なくとも1つの第1の領域であって、複数の第1の発光構造を含み、前記複数の第1の発光構造は、前記複数の第1の発光構造のうちの隣接する発光構造のベースの間に第1のギャップを伴って配置される、少なくとも1つの第1の領域と、
平坦面および複数の第2の発光構造のうちの1つを有する、少なくとも1つの第2の領域であって、前記平坦面は、前記複数の第1の発光構造の突出方向に垂直であり、前記複数の第2の発光構造は、相互に隣接して配置され、前記少なくとも1つの第2の領域は、少なくとも第2の波長を有する光を発光するように構成され、前記第2の波長は、前記第1の波長とは異なる、少なくとも1つの第2の領域と
を備える、半導体ダイ。
【請求項２】
前記複数の第2の発光構造は、前記複数の第2の発光構造のうちの隣接するもののベースの間のギャップなしに、相互に隣接して配置される、請求項1に記載の半導体ダイ。
【請求項３】
前記複数の第1の発光構造は、多角錐の形状を有する、請求項1に記載の半導体ダイ。
【請求項４】
複数の誘電層部であって、前記複数の誘電層部のそれぞれが、対応する第1のギャップに配設される、複数の誘電層部
をさらに備える、請求項1から3のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項５】
前記複数の誘電層部は、前記複数の第1の発光構造により覆われない、請求項4に記載の半導体ダイ。
【請求項６】
前記複数の第1の発光構造のそれぞれは、複数の半極性面を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項７】
前記少なくとも1つの第1の領域および前記少なくとも1つの第2の領域が上に形成される第1の窒化物半導体層をさらに備え、
前記複数の第1の発光構造のそれぞれは、
前記第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるベース部と、
前記ベース部上に形成される第1の活性層と、
前記第1の活性層上に形成される第2の窒化物半導体層と
を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項８】
複数の多層構造が、前記複数の第1の発光構造の間に配設され、前記複数の多層構造のそれぞれは、
第2の活性層と、
前記第2の活性層上に形成される第3の窒化物半導体層と、
平坦面と
を含む、請求項7に記載の半導体ダイ。
【請求項９】
前記多層構造は、前記第2の波長を有する光を発光し、前記第1の波長は、前記第2の波長より長い、請求項8に記載の半導体ダイ。
【請求項１０】
交互に基板上に配置される、複数の第1の領域および複数の第2の領域
をさらに備える、請求項1から9のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項１１】
前記複数の第1の領域および前記複数の第2の領域は、発光アレイを形成するように配置される、請求項10に記載の半導体ダイ。
【請求項１２】
前記少なくとも1つの第2の領域は、第1の幅を有する前記平坦面を含み、前記第1の幅は、前記第1のギャップの幅より大きい、請求項1から11のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項１３】
前記少なくとも1つの第2の領域は、前記複数の第2の発光構造を含み、前記少なくとも1つの第1の領域は、前記少なくとも1つの第2の領域から、第2のギャップだけ隔てられる、請求項1から12のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項１４】
前記第1のギャップの幅は、前記第2のギャップの幅と同じ幅である、請求項13に記載の半導体ダイ。
【請求項１５】
前記複数の第1の発光構造および前記複数の第2の発光構造は、ナノサイズの発光構造である、請求項1から14のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項１６】
請求項1から15のいずれか一項に記載の、少なくとも1つの半導体ダイを備える発光デバイス。
【請求項１７】
サーマルヒートシンクと、
前記サーマルヒートシンク上に配置されるシリコンサブマウントであって、前記少なくとも1つの半導体ダイが上に配置されるシリコンサブマウントと、
前記シリコンサブマウントに結合されるアノードリードおよびカソードリードと、
前記サーマルヒートシンクを囲む外部パッケージと、
前記シリコンサブマウントおよび前記少なくとも1つの半導体ダイを囲むレンズと
をさらに備える、請求項16に記載の発光デバイス。
【請求項１８】
第1の波長を有する光を発光するように構成される複数の第1の発光構造を含む、少なくとも1つの第1の領域であって、前記複数の第1の発光構造は、前記複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第1のギャップを伴って配置される、少なくとも1つの第1の領域と、
第2の波長を有する光を発光するように構成される複数の第2の発光構造を含む、少なくとも1つの第2の領域であって、前記複数の第2の発光構造は、前記複数の第2の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第2のギャップを伴って配置され、前記第2のギャップの幅は、前記第1のギャップの幅とは異なり、前記第1の波長は、前記第2の波長とは異なる、少なくとも1つの第2の領域と
を備える、半導体ダイ。
【請求項１９】
第1および第2のギャップのそれぞれに配設される誘電層
をさらに備える、請求項18に記載の半導体ダイ。
【請求項２０】
第3の波長を有する光を発光するように構成される複数の第3の発光構造を含む、少なくとも1つの第3の領域であって、前記複数の第3の発光構造は、前記複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第3のギャップを伴って配置され、前記第3のギャップの幅は、前記第1および第2のギャップの前記幅とは異なり、前記第3の波長は、前記第1および第2の波長とは異なる、少なくとも1つの第3の領域
をさらに備える、請求項18に記載の半導体ダイ。
【請求項２１】
前記複数の第1の発光構造、前記複数の第2の発光構造、および前記複数の第3の発光構造は、同じサイズである、請求項20に記載の半導体ダイ。
【請求項２２】
第1、第2および第3のギャップのそれぞれに配設される誘電層
をさらに備える、請求項20に記載の半導体ダイ。
【請求項２３】
前記複数の第1の発光構造および前記複数の第2の発光構造は、ナノサイズである、請求項18から22のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項２４】
前記複数の第1の発光構造および前記複数の第2の発光構造は、同じサイズである、請求項18から23のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項２５】
前記少なくとも1つの第1の領域および前記少なくとも1つの第2の領域が上に形成される第1の窒化物半導体層をさらに備え、
前記複数の第1の発光構造および前記複数の第2の発光構造のそれぞれは、
前記第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるベース部と、
前記ベース部上に形成される第1の活性層と、
前記第1の活性層上に形成される第2の窒化物半導体層と
を含む、請求項18から24のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項２６】
請求項18から25のいずれか一項に記載の、少なくとも1つの半導体ダイ
を備える発光デバイス。
【請求項２７】
サーマルヒートシンクと、
前記サーマルヒートシンク上に配置されるシリコンサブマウントであって、前記少なくとも1つの半導体ダイが上に配置されるシリコンサブマウントと、
前記シリコンサブマウントに結合されるアノードリードおよびカソードリードと、
前記サーマルヒートシンクを囲む外部パッケージと、
前記シリコンサブマウントおよび前記少なくとも1つの半導体ダイを囲むレンズと
をさらに備える、請求項26に記載の発光デバイス。
【請求項２８】
第1のサイズを有する複数の第1の発光構造を含む、少なくとも1つの第1の領域であって、前記複数の第1の発光構造は、前記複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第1のギャップを伴って配置され、第1の波長を有する光を発光するように構成される、少なくとも1つの第1の領域と、
前記第1のサイズとは異なる第2のサイズを有する複数の第2の発光構造を含む、少なくとも1つの第2の領域であって、前記複数の第2の発光構造は、前記複数の第2の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第2のギャップを伴って配置され、第2の波長を有する光を発光するように構成される、少なくとも1つの第2の領域と
を備え、前記第1の波長および前記第2の波長は、異なるものであり、前記第1および第2のギャップの幅は、同じである、半導体ダイ。
【請求項２９】
前記少なくとも1つの第1の領域および前記少なくとも1つの第2の領域が上に形成される第1の窒化物半導体層をさらに備え、
前記複数の第1の発光構造のそれぞれ、および前記複数の第2の発光構造のそれぞれは、
前記第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるベース部と、
前記ベース部上に形成される第1の活性層と、
前記第1の活性層上に形成される第2の窒化物半導体層と
を含む、請求項28に記載の半導体ダイ。
【請求項３０】
第1および第2のギャップのそれぞれに配設される誘電層
をさらに備える、請求項28に記載の半導体ダイ。
【請求項３１】
前記複数の第1の発光構造および前記複数の第2の発光構造は、ナノサイズの発光構造である、請求項28に記載の半導体ダイ。
【請求項３２】
請求項28から31のいずれか一項に記載の、少なくとも1つの半導体ダイ
を備える発光デバイス。
【請求項３３】
サーマルヒートシンクと、
前記サーマルヒートシンク上に配置されるシリコンサブマウントであって、前記少なくとも1つの半導体ダイが上に配置されるシリコンサブマウントと、
前記シリコンサブマウントに結合されるアノードリードおよびカソードリードと、
前記サーマルヒートシンクを囲む外部パッケージと、
前記シリコンサブマウントおよび前記少なくとも1つの半導体ダイを囲むレンズと
をさらに備える、請求項32に記載の発光デバイス。
【請求項３４】
第1の波長を有する光を発光するように構成される、複数の発光構造と、
第2の波長を有する光を発光するように構成される、複数の平坦な発光面であって、前記複数の発光構造および前記複数の平坦な発光面は、交互に基板上に配置され、前記第1の波長は、前記第2の波長とは異なる、複数の平坦な発光面と
を備える、半導体ダイ。
【請求項３５】
前記複数の発光構造および前記複数の平坦な発光面は、ナノサイズである、請求項34に記載の半導体ダイ。
【請求項３６】
前記平坦な発光面の表面は、前記複数の発光構造の突出方向に垂直である、請求項34に記載の半導体ダイ。
【請求項３７】
前記複数の発光構造および前記複数の平坦な発光面が上に形成される第1の窒化物半導体層をさらに備え、
前記複数の発光構造のそれぞれは、
前記第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるベース部と、
前記ベース部上に形成される第1の活性層と、
前記第1の活性層上に形成される第2の窒化物半導体層と
を含む、請求項34から36のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項３８】
前記複数の発光構造および前記複数の平坦な発光面が上に形成される第1の窒化物半導体層をさらに備え、
前記複数の平坦な発光面のそれぞれは、
第2の活性層と、
前記第2の活性層上に形成される第3の窒化物半導体層と、
非極性面と
を含む構造を有する、請求項34から37のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項３９】
請求項34から38のいずれか一項に記載の、少なくとも1つの半導体ダイ
を備える発光デバイス。
【請求項４０】
サーマルヒートシンクと、
前記サーマルヒートシンク上に配置されるシリコンサブマウントであって、前記少なくとも1つの半導体ダイが上に配置されるシリコンサブマウントと、
前記シリコンサブマウントに結合されるアノードリードおよびカソードリードと、
前記サーマルヒートシンクを囲む外部パッケージと、
前記シリコンサブマウントおよび前記少なくとも1つの半導体ダイを囲むレンズと
をさらに備える、請求項39に記載の発光デバイス。
【請求項４１】
半導体ダイを製造する方法であって、
基板上に第1の窒化物半導体層を形成するステップと、
前記第1の窒化物半導体層の部分を露出させるために、前記第1の窒化物半導体層上に形成される誘電層をパターニングするステップと、
前記第1の窒化物半導体層のそれぞれの露出された部分上にベース構造を形成するステップであって、前記ベース構造は前記第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるステップと、
各ベース構造上に活性層を形成するステップと、
前記活性層上に第2の窒化物半導体層を形成するステップと
を含む方法。
【請求項４２】
前記活性層および前記第2の窒化物半導体層を形成する前に、前記パターニングされた誘電層を除去するステップをさらに含み、
前記活性層および前記第2の窒化物半導体層は、それぞれのベース構造、および前記ベース構造の隣接するものの間の前記第1の窒化物半導体層の露出された部分の上に、順次形成される、請求項41に記載の方法。
【請求項１】
少なくとも第1の波長を有する光を発光するように構成される、少なくとも1つの第1の領域であって、複数の第1の発光構造を含み、前記複数の第1の発光構造は、前記複数の第1の発光構造のうちの隣接する発光構造のベースの間に第1のギャップを伴って配置される、少なくとも1つの第1の領域と、
平坦面および複数の第2の発光構造のうちの1つを有する、少なくとも1つの第2の領域であって、前記平坦面は、前記複数の第1の発光構造の突出方向に垂直であり、前記複数の第2の発光構造は、相互に隣接して配置され、前記少なくとも1つの第2の領域は、少なくとも第2の波長を有する光を発光するように構成され、前記第2の波長は、前記第1の波長とは異なる、少なくとも1つの第2の領域と
を備える、半導体ダイ。
【請求項２】
前記複数の第2の発光構造は、前記複数の第2の発光構造のうちの隣接するもののベースの間のギャップなしに、相互に隣接して配置される、請求項1に記載の半導体ダイ。
【請求項３】
前記複数の第1の発光構造は、多角錐の形状を有する、請求項1に記載の半導体ダイ。
【請求項４】
複数の誘電層部であって、前記複数の誘電層部のそれぞれが、対応する第1のギャップに配設される、複数の誘電層部
をさらに備える、請求項1から3のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項５】
前記複数の誘電層部は、前記複数の第1の発光構造により覆われない、請求項4に記載の半導体ダイ。
【請求項６】
前記複数の第1の発光構造のそれぞれは、複数の半極性面を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項７】
前記少なくとも1つの第1の領域および前記少なくとも1つの第2の領域が上に形成される第1の窒化物半導体層をさらに備え、
前記複数の第1の発光構造のそれぞれは、
前記第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるベース部と、
前記ベース部上に形成される第1の活性層と、
前記第1の活性層上に形成される第2の窒化物半導体層と
を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項８】
複数の多層構造が、前記複数の第1の発光構造の間に配設され、前記複数の多層構造のそれぞれは、
第2の活性層と、
前記第2の活性層上に形成される第3の窒化物半導体層と、
平坦面と
を含む、請求項7に記載の半導体ダイ。
【請求項９】
前記多層構造は、前記第2の波長を有する光を発光し、前記第1の波長は、前記第2の波長より長い、請求項8に記載の半導体ダイ。
【請求項１０】
交互に基板上に配置される、複数の第1の領域および複数の第2の領域
をさらに備える、請求項1から9のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項１１】
前記複数の第1の領域および前記複数の第2の領域は、発光アレイを形成するように配置される、請求項10に記載の半導体ダイ。
【請求項１２】
前記少なくとも1つの第2の領域は、第1の幅を有する前記平坦面を含み、前記第1の幅は、前記第1のギャップの幅より大きい、請求項1から11のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項１３】
前記少なくとも1つの第2の領域は、前記複数の第2の発光構造を含み、前記少なくとも1つの第1の領域は、前記少なくとも1つの第2の領域から、第2のギャップだけ隔てられる、請求項1から12のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項１４】
前記第1のギャップの幅は、前記第2のギャップの幅と同じ幅である、請求項13に記載の半導体ダイ。
【請求項１５】
前記複数の第1の発光構造および前記複数の第2の発光構造は、ナノサイズの発光構造である、請求項1から14のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項１６】
請求項1から15のいずれか一項に記載の、少なくとも1つの半導体ダイを備える発光デバイス。
【請求項１７】
サーマルヒートシンクと、
前記サーマルヒートシンク上に配置されるシリコンサブマウントであって、前記少なくとも1つの半導体ダイが上に配置されるシリコンサブマウントと、
前記シリコンサブマウントに結合されるアノードリードおよびカソードリードと、
前記サーマルヒートシンクを囲む外部パッケージと、
前記シリコンサブマウントおよび前記少なくとも1つの半導体ダイを囲むレンズと
をさらに備える、請求項16に記載の発光デバイス。
【請求項１８】
第1の波長を有する光を発光するように構成される複数の第1の発光構造を含む、少なくとも1つの第1の領域であって、前記複数の第1の発光構造は、前記複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第1のギャップを伴って配置される、少なくとも1つの第1の領域と、
第2の波長を有する光を発光するように構成される複数の第2の発光構造を含む、少なくとも1つの第2の領域であって、前記複数の第2の発光構造は、前記複数の第2の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第2のギャップを伴って配置され、前記第2のギャップの幅は、前記第1のギャップの幅とは異なり、前記第1の波長は、前記第2の波長とは異なる、少なくとも1つの第2の領域と
を備える、半導体ダイ。
【請求項１９】
第1および第2のギャップのそれぞれに配設される誘電層
をさらに備える、請求項18に記載の半導体ダイ。
【請求項２０】
第3の波長を有する光を発光するように構成される複数の第3の発光構造を含む、少なくとも1つの第3の領域であって、前記複数の第3の発光構造は、前記複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第3のギャップを伴って配置され、前記第3のギャップの幅は、前記第1および第2のギャップの前記幅とは異なり、前記第3の波長は、前記第1および第2の波長とは異なる、少なくとも1つの第3の領域
をさらに備える、請求項18に記載の半導体ダイ。
【請求項２１】
前記複数の第1の発光構造、前記複数の第2の発光構造、および前記複数の第3の発光構造は、同じサイズである、請求項20に記載の半導体ダイ。
【請求項２２】
第1、第2および第3のギャップのそれぞれに配設される誘電層
をさらに備える、請求項20に記載の半導体ダイ。
【請求項２３】
前記複数の第1の発光構造および前記複数の第2の発光構造は、ナノサイズである、請求項18から22のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項２４】
前記複数の第1の発光構造および前記複数の第2の発光構造は、同じサイズである、請求項18から23のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項２５】
前記少なくとも1つの第1の領域および前記少なくとも1つの第2の領域が上に形成される第1の窒化物半導体層をさらに備え、
前記複数の第1の発光構造および前記複数の第2の発光構造のそれぞれは、
前記第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるベース部と、
前記ベース部上に形成される第1の活性層と、
前記第1の活性層上に形成される第2の窒化物半導体層と
を含む、請求項18から24のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項２６】
請求項18から25のいずれか一項に記載の、少なくとも1つの半導体ダイ
を備える発光デバイス。
【請求項２７】
サーマルヒートシンクと、
前記サーマルヒートシンク上に配置されるシリコンサブマウントであって、前記少なくとも1つの半導体ダイが上に配置されるシリコンサブマウントと、
前記シリコンサブマウントに結合されるアノードリードおよびカソードリードと、
前記サーマルヒートシンクを囲む外部パッケージと、
前記シリコンサブマウントおよび前記少なくとも1つの半導体ダイを囲むレンズと
をさらに備える、請求項26に記載の発光デバイス。
【請求項２８】
第1のサイズを有する複数の第1の発光構造を含む、少なくとも1つの第1の領域であって、前記複数の第1の発光構造は、前記複数の第1の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第1のギャップを伴って配置され、第1の波長を有する光を発光するように構成される、少なくとも1つの第1の領域と、
前記第1のサイズとは異なる第2のサイズを有する複数の第2の発光構造を含む、少なくとも1つの第2の領域であって、前記複数の第2の発光構造は、前記複数の第2の発光構造のうちの隣接するもののベースの間に第2のギャップを伴って配置され、第2の波長を有する光を発光するように構成される、少なくとも1つの第2の領域と
を備え、前記第1の波長および前記第2の波長は、異なるものであり、前記第1および第2のギャップの幅は、同じである、半導体ダイ。
【請求項２９】
前記少なくとも1つの第1の領域および前記少なくとも1つの第2の領域が上に形成される第1の窒化物半導体層をさらに備え、
前記複数の第1の発光構造のそれぞれ、および前記複数の第2の発光構造のそれぞれは、
前記第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるベース部と、
前記ベース部上に形成される第1の活性層と、
前記第1の活性層上に形成される第2の窒化物半導体層と
を含む、請求項28に記載の半導体ダイ。
【請求項３０】
第1および第2のギャップのそれぞれに配設される誘電層
をさらに備える、請求項28に記載の半導体ダイ。
【請求項３１】
前記複数の第1の発光構造および前記複数の第2の発光構造は、ナノサイズの発光構造である、請求項28に記載の半導体ダイ。
【請求項３２】
請求項28から31のいずれか一項に記載の、少なくとも1つの半導体ダイ
を備える発光デバイス。
【請求項３３】
サーマルヒートシンクと、
前記サーマルヒートシンク上に配置されるシリコンサブマウントであって、前記少なくとも1つの半導体ダイが上に配置されるシリコンサブマウントと、
前記シリコンサブマウントに結合されるアノードリードおよびカソードリードと、
前記サーマルヒートシンクを囲む外部パッケージと、
前記シリコンサブマウントおよび前記少なくとも1つの半導体ダイを囲むレンズと
をさらに備える、請求項32に記載の発光デバイス。
【請求項３４】
第1の波長を有する光を発光するように構成される、複数の発光構造と、
第2の波長を有する光を発光するように構成される、複数の平坦な発光面であって、前記複数の発光構造および前記複数の平坦な発光面は、交互に基板上に配置され、前記第1の波長は、前記第2の波長とは異なる、複数の平坦な発光面と
を備える、半導体ダイ。
【請求項３５】
前記複数の発光構造および前記複数の平坦な発光面は、ナノサイズである、請求項34に記載の半導体ダイ。
【請求項３６】
前記平坦な発光面の表面は、前記複数の発光構造の突出方向に垂直である、請求項34に記載の半導体ダイ。
【請求項３７】
前記複数の発光構造および前記複数の平坦な発光面が上に形成される第1の窒化物半導体層をさらに備え、
前記複数の発光構造のそれぞれは、
前記第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるベース部と、
前記ベース部上に形成される第1の活性層と、
前記第1の活性層上に形成される第2の窒化物半導体層と
を含む、請求項34から36のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項３８】
前記複数の発光構造および前記複数の平坦な発光面が上に形成される第1の窒化物半導体層をさらに備え、
前記複数の平坦な発光面のそれぞれは、
第2の活性層と、
前記第2の活性層上に形成される第3の窒化物半導体層と、
非極性面と
を含む構造を有する、請求項34から37のいずれか一項に記載の半導体ダイ。
【請求項３９】
請求項34から38のいずれか一項に記載の、少なくとも1つの半導体ダイ
を備える発光デバイス。
【請求項４０】
サーマルヒートシンクと、
前記サーマルヒートシンク上に配置されるシリコンサブマウントであって、前記少なくとも1つの半導体ダイが上に配置されるシリコンサブマウントと、
前記シリコンサブマウントに結合されるアノードリードおよびカソードリードと、
前記サーマルヒートシンクを囲む外部パッケージと、
前記シリコンサブマウントおよび前記少なくとも1つの半導体ダイを囲むレンズと
をさらに備える、請求項39に記載の発光デバイス。
【請求項４１】
半導体ダイを製造する方法であって、
基板上に第1の窒化物半導体層を形成するステップと、
前記第1の窒化物半導体層の部分を露出させるために、前記第1の窒化物半導体層上に形成される誘電層をパターニングするステップと、
前記第1の窒化物半導体層のそれぞれの露出された部分上にベース構造を形成するステップであって、前記ベース構造は前記第1の窒化物半導体層と同じ材料で形成されるステップと、
各ベース構造上に活性層を形成するステップと、
前記活性層上に第2の窒化物半導体層を形成するステップと
を含む方法。
【請求項４２】
前記活性層および前記第2の窒化物半導体層を形成する前に、前記パターニングされた誘電層を除去するステップをさらに含み、
前記活性層および前記第2の窒化物半導体層は、それぞれのベース構造、および前記ベース構造の隣接するものの間の前記第1の窒化物半導体層の露出された部分の上に、順次形成される、請求項41に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−２５４０７８（Ｐ２０１１−２５４０７８Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１２１５８７（Ｐ２０１１−１２１５８７）
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２１５８７（Ｐ２０１１−１２１５８７）
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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