担体基板を有する発光ダイオード上の透過性オーム接点
伝導性担体基板上の、ＩＩＩ族窒化物の少なくともｐ型およびｎ型エピタキシャル層から形成される活性構造を含む、発光ダイオードが開示される。伝導性接着系が、活性構造を伝導性担体基板に結合する。第１の透過性オーム接点は、伝導性担体基板に隣接する活性構造上にあり、第２の透過性オーム接点は、伝導性担体基板と反対側の活性構造上にあり、第３のオーム接点は、活性構造と反対側の伝導性担体基板上にある。本発明の発光ダイオードを含む、発光ダイオードランプと、該ランプを含むディスプレイとがまた、開示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードに関し、より具体的には、成長基板が部分的または全体的に除去され、かつ担体基板が追加された発光ダイオードの、外部量子効率の増加に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、光半導体素子の一種であって、適切な半導体材料における正孔組み換え現象を促進することによって、印加電圧を光に変換する。その結果として、組み換え現象において放出されるエネルギーの一部または全部が、光子を生成する。
【０００３】
発光ダイオードは、他の半導体素子のいくつかの好ましい特徴を共有する。それらは、概して強固な物理的特徴、長寿命、高信頼性、および特定の材料によっては、低コストを含む。
【０００４】
本業界において一般的な、かつ周知のいくつかの用語が、本明細書において使用される。しかしながら、そのような産業用途では、これらの用語は、時として、その意味が非公式に混合されている。故に、これらの用語は、本明細書においては可能な限り正確に使用されるが、それぞれの場合において、その意味が文脈内において明確にされる。
【０００５】
従って、用語「ダイオード」または「チップ」は、一般的に、最小限として、ある形態のオーム接点とともに反対導電型の（ｐおよびｎ）２つの半導体部分を含み、電位差が印加されるときには、形成されたｐ−ｎ接合部を通じて電流が流れる構造を指す。
【０００６】
用語「ランプ」は、適切な機械的支持部と電気接点と、かつ可能性としてレンズと整合され、電気回路または照明器具あるいはその両方に付加され得るか、または含まれ得る、個別の素子を形成する発光ダイオードを指して使用される。
【０００７】
本明細書で使用されるときの、用語「パッケージ」は、一般的には、適切な物理的および電気的構造（時として、電流が印加される金属の小片のように単純なもの）上の、半導体チップの配置を指し、ダイオードにある程度の物理的保護を提供し、かつ光出力を光学的に導き得るプラスチックレンズ（樹脂、エポキシ、封止材）を含む。
【０００８】
発光ダイオードおよびダイオードランプの構造および動作に関する適切な参考文献は、非特許文献１および非特許文献２を含む。
【０００９】
ＬＥＤによって放出される色調は、それが形成される材料によって大部分を定義される。ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）およびガリウムリン（ＧａＰ）から形成されるダイオードは、スペクトルの低エネルギー部分（黄色、赤色、赤外線）における光子を発する傾向を有する。炭化ケイ素（ＳｉＣ）およびＩＩＩ族窒化物のような材料は、より大きなバンドギャップを有し、したがって、高エネルギーの光子を生成し得、それは、電磁スペクトルの緑色、青色、青紫色、および紫外線部分として現れる。
【００１０】
一部の用途では、ＬＥＤは、その出力が異なる色調に変調、または変換されるときには、より有用となる。青色発光ＬＥＤの可用性が大幅に増加したことによって、青色光子をダウンコンバートする黄色発光蛍光体の組み込みが、同様に増加している。ダイオードによって放出される青色光と、蛍光体によって放出される黄色光との組み合わせは、白色光を生み出し得る。その結果として、固体源からの白色光の可用性は、それらを、特に照明およびカラーディスプレイのための照明（多くの場合、背面照明）を含む、いくつかの用途に組み込む可能性を提供する。そのようなデバイス（例えば、平面型コンピュータスクリーン、携帯情報端末、および携帯電話）においては、青色ＬＥＤおよび黄色蛍光体が白色光を生成し、それらは、次いで何らかの方法で分散されて、カラー画素を照射する。そのようなカラー画素は、多くの場合、液晶、カラーフィルタ、および偏光子の組み合わせによって形成され、背面照明を含むユニット全体は、一般に、液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）と称される。
【００１１】
発光ダイオードの使用が商業的に増加し、かつ白色光を生成するために使用されるダイオードの基本的特徴の理解が行きわたるにつれて、本技術における着目される進歩は、他の全要因を等しくして、所与のダイオード構造によって生成される総光量を増加させることに向けられる傾向にある。
【００１２】
この点において、任意の所与の時間内に、ダイオードによって生成される個々の光子の数は、ダイオード内で生じる組み換え現象の数に依存し、光子の数は、一般的に組み換え現象の数未満である（すなわち、全現象が、光子を生成するわけではない）。さらに、組み換え現象の数は、ダイオードを通じて印加される電流の量に依存する。再び、組み換え現象の数は、一般的には、接合部を通じて注入される電子の数未満となる。したがって、これらの電子的特性が、ダイオードの外部出力を低減し得る。
【００１３】
加えて、光子が生成されるときには、光子はまた、観測者によって感知されるように、ダイオードおよびランプから実際に離散しなければならない。多くの光子は、難なくランプから離散するが、いくつかの周知の作用が、光子の一部の離散を妨げる。これらの作用は、ダイオード内の種々の材料の屈折率の差異から生じ、かくして、ＬＥＤランプの外部出力（すなわち、その効率）を低減させる。それは、光子が減衰されて放出されるまで、または放出ではなく吸収されるまでの、光子の内部反射（すなわち、スネルの法則およびフレネル損失）を含む。ダイオード内の材料間の屈折率の差異はまた、放出光子の方向を、光子を減衰または吸収する物体の方に変化させ（スネルの法則）得る。同じ結果が、蛍光体含有ＬＥＤランプ内の蛍光体によって放出される黄色光子に対しても生じ得る。ＬＥＤランプでは、そのような「物体」は、基板、パッケージの一部、および金属接触層を含み得る。実際に、半導体材料に光子を放出させるのと同じ量子力学的特性がまた、半導体材料に光子を吸収させることになる。かくして、ＬＥＤ内の発光エピタキシャル層でさえ、放出光子を吸収し、ダイオードの全体的外部効率を低減させ得る。
【００１４】
多くの発光ダイオードを含む多くの半導体素子は、基本形態として、半導体基板と、基板上の半導体材料のエピタキシャル層とから成る。エピタキシャル層は、多くの場合（必ずしも排他的ではないが）、素子の活性部分を形成する。これらは、その化学的純度を増加させ、かつ高配列の結晶構造を生成するような方法（多くの場合、化学的蒸着法）で成長させられるために、本目的に対して有利である。加えて、化学的蒸着法は、エピタキシャル層を正確にドーピングするための優れた技術を提供する。さらに、適切な純度、結晶構造、およびドーピングは一般的に、半導体素子の良好な動作のために所望され、または必要とされる。
【００１５】
しかしながら、エピタキシャル層を加工するために使用される化学的蒸着法（ＣＶＤ）および関連技術は、一般的に、昇華または融液成長（時として、バルク成長と称される）のような他の結晶成長技術よりも時間がかかる。その結果として、目的とする構造がエピタキシャル層以外であるときには、これらのより高速な（比較的に）方法が、適切な結晶を生成するために、しばしば使用される。
【００１６】
したがって、バルク成長基板とエピタキシャル層とを組み合わせることによって、結晶構造、組成純度、ドーピング、および効率的加工法の合理的組み合わせを有する、全体構造が生成され得る。
【００１７】
それにもかかわらず、いくつかの結晶成長関連の理由により、ＩＩＩ族窒化物のバルク（すなわち、適度に大型の）単一結晶は、実用的な目的に対して利用不可能である。従って、ＩＩＩＩ族窒化物ＬＥＤは、一般的には、他のバルク基板材料上に、最も一般的には、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）および炭化ケイ素（ＳｉＣ）上に形成される。サファイアは、相対的に安価で、広く入手可能で、かつ高透過性である。その代りに、サファイアは、低熱伝導体であり、それ故に、ある高出力用途に対してはあまり好適ではない。加えて、一部の素子では、電気伝導性基板が好ましく、サファイアは伝導性ではなく、絶縁性である。サファイアはまた、約１６％の（例えば）窒化ガリウムとの格子不整合を有する。
【００１８】
炭化ケイ素は、サファイアよりも優れた熱伝導性と、ＩＩＩＩ族窒化物との良好な格子整合とを有し、すなわち、窒化ガリウムとは約３．５％の、窒化アルミニウムとは約１％のみの不整合を有する。炭化ケイ素は、伝導性を有するようにドーピングされ得るが、しかしまた、サファイアよりも非常に高価である。
【００１９】
炭化ケイ素は、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の成長のための利点をもたらすが、最終ダイオードにおいて、他の基板材料の使用を促進する他の理由が存在する。そのような他の材料を使用するためには、成長基板（一般的には、炭化ケイ素）が部分的または完全に除去されねばならず、かつ担体基板が追加されなければならない。
【００２０】
最終ダイオードの機能および用途に応じて、そのような担体基板の使用は、いくつかの利点をもたらす。その１つとして、ダイオード加工ステップの際に成長基板に必要とされる厚さは、最終ダイオードでは必要とされないことがあり得る。成長基板を除去し、担体基板で置換することによって、ダイオードの全体厚さは、有利にも減少され得る。これは、例えば、同時係属中の同一出願人に譲渡された特許文献１「Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｇｒｏｕｐ ＩＩＩ Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ」（２００４年９月２２日出願）に記載されている。
【００２１】
別の利点として、成長基板を担体基板で置換することは、多くの場合、活性層上の、成長基板とは反対側に担体基板を配置することになる。例えば、炭化ケイ素成長基板は、多くの場合ｎ型である。したがって、炭化ケイ素基板上で成長させられる第１のエピタキシャル層は、多くの場合ｎ型ＩＩＩ族窒化物層である。ｐ型層が、次いで、ｎ型層の上部に成長させられる。
【００２２】
担体基板が、次いで、一般的にはｐ型層に追加され、両方の基板（成長および担体）を有する中間構造を形成する。成長基板がｎ型層から除去されるときには、担体基板はｐ型層に付着したままである。その結果として得られる構造は、担体基板と、担体基板上のｐ型層と、担体基板と反対側の部分であるｎ型層とを有する。
【００２３】
ｐ型層は、ｐ−ｎ接合部および接合特性を生成するために必要であるが、ｐ型ＩＩＩ族窒化物材料の伝導性は、ｎ型層のそれよりも比較的に低い。その結果として、ｐ型層に拡散する所望の電流を得ることは、困難となり得る。
【００２４】
担体基板を使用することによって、エピタキシャル層は反転され得、ｐ型層は、担体基板に伝導的に取り付けられ得、ｎ型層は、ダイオードの放出面を形成し得る。この配向においては、ｎ型層の伝導性が高いほど、側方電流、ひいては、光抽出における利点をもたらす。
【００２５】
さらに別の利点として、これまでの観測は実験によるものであるが、エピタキシャル層が炭化ケイ素上で成長させられ、その後で炭化ケイ素基板が除去され、担体基板で置換されるＩＩＩ族窒化物発光ダイオードから、輝度の増加が観測されている。
【００２６】
特許文献２は、基板が全体的な素子性能にどのように影響を及ぼし得るのかについての、いくつかの付加的説明および考察を提供している。
【００２７】
担体基板はまた、炭化ケイ素基板よりも、あるはんだ付け技術または他のその後の加工ステップに適した構造を提供し得る。
【００２８】
他の場合にも、本文中の作業ダイオードは、炭化ケイ素の熱的、電子的、または光学的特性を必要としない。そのような場合に、炭化ケイ素は、成長のための利点をもたらすが、使用のための利点をもたらすことはない。これは、当然ながら、炭化ケイ素固有の半導体特性が関連特性である、特定の電源デバイスとは異なる。炭化ケイ素上にＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を成長させ、次いで、炭化ケイ素基板を除去することは、除去された炭化ケイ素基板（一般的には、ウエハとして使用され、次いで、ウエハとして除去される）が再利用可能であるために、結果として得られるダイオードの全体的費用を低減し得る。かくして、炭化ケイ素は、サファイアまたは他の基板材料よりも比較的に高価であるが、このように再利用によって、加工の費用を抑え、その一方で、ＩＩＩ族窒化物エピ層に対するＳｉＣの成長利点を提供する。
【００２９】
少なくともこれらの理由から、成長基板が除去された後の担体基板上に、ＩＩＩ族窒化物発光ダイオードを生成することは、大いなる関心事項として残されており、本技術の継続的改良への要望を駆り立てる。加えて、そのような担体基板構造との関連で、発光ダイオードの外部効率を増加させることが、継続的目標として残されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】特許出願第１０／９５１，０４２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６０１３１５９９号明細書
【非特許文献】
【００３１】
【非特許文献１】Ｓｚｅ、「ＰＨＹＳＩＣＳ ＯＦ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥＳ」、２ｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ（１９８１）
【非特許文献２】Ｓｃｈｕｂｅｒｔ、「ＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ」、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ（２００３）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００３２】
一局面では、本発明は、ＩＩＩ族窒化物の少なくともｐ型およびｎ型エピタキシャル層から形成される活性構造と、伝導性担体基板と、活性構造を伝導性担体基板に結合する伝導性接着系と、伝導性担体基板に隣接する活性構造との第１の透過性オーム接点と、伝導性担体基板と反対側の活性構造との第２の透過性オーム接点と、活性構造と反対側の伝導性担体基板との第３のオーム接点と、を含む、発光ダイオードである。
【００３３】
別の局面では、本発明は、伝導性担体基板と、伝導性担体基板上のｐ型ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層と、ｐ型層と伝導性担体基板との間のｐ型層との第１の透過性オーム接点と、ｐ型窒化ガリウム層上のｎ型窒化ガリウムエピタキシャル層と、ｎ型窒化ガリウムエピタキシャル層上のレンズ表面と、ｎ型エピタキシャル層およびレンズ表面を実質的に被覆する第２の透過性オーム接点であって、ｎ型エピタキシャル層と反対側のレンズ表面を形成する第２の透過性オーム接点と、ＩＩＩ族窒化物層と反対側の担体基板との第３のオーム接点と、を含む、発光ダイオードである。
【００３４】
さらに別の局面では、本発明は、ヘッダと、ヘッダ上の発光ダイオードであって、少なくともＩＩＩ族窒化物のｎ型およびｐ型層の活性構造を含むダイオードと、活性構造の両側のそれぞれの透過性オーム接点層と、伝導性担体基板と、伝導性担体基板とヘッダとの間のオーム接点と、ヘッダ上の発光ダイオードおよびヘッダの一部を被覆する封止材と、を含む、発光ダイオードランプである。
【００３５】
さらに別の局面では、本発明は、発光ダイオードランプと、ランプに隣接する光拡散器と、拡散器に隣接する複数の液晶と、カラーフィルタと、を含む、ディスプレイである。
【００３６】
本発明の上述および他の目的、ならびに利点と、本発明が達成される方法とは、添付の図面と併せてなされる、以下の詳細な説明に基づいて明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１および図２は、本発明による、発光ダイオードの概略断面図である。
【図２】図１および図２は、本発明による、発光ダイオードの概略断面図である。
【図３】図３は、本発明による、発光ダイオードランプの概略断面略図である。
【図４】図４は、本発明による、ダイードおよびダイオードランプを組み込むディスプレイの、部分分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、広く１０で示される、本発明による、ダイオードの第１の実施形態を示す。ダイオード１０は、少なくとも１つのｐ型ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層１２および１つのｎ型ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層から形成される、ブラケット１１によって示される活性構造を含む。ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の性質および加工は、一般的に、本技術分野において周知であり、改めて詳述されない。一般的に（排他的ではないが）、発光層は、窒化ガリウム（ＧａＮ）またはインジウムガリウム窒化物（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）から形成され、緩衝層のようなある状況下で使用されるアルミニウムガリウム窒化物（ＡｌｘＧａｌ−ｘＮ）の層を備える。図１は、１つのｐ型層１２と１つのｎ型層１３との間の直接ｐ−ｎ接合部としての、発光活性構造１１を示すが、活性構造１１は、量子井戸、多重量子井戸、あるいは単一または二重ヘテロ構造のような付加的層を含み得ることが理解される。再度、これらは、本技術分野において周知であって、詳述されない。
【００３９】
ダイオード１０は、伝導性担体基板１４を含む。担体基板１４は、伝導性を有するようにドーピングされ得（または、金属のように、伝導性であり）、通常の加工ステップと互換性を有し、かつ発光活性構造１１の動作を別様に支持し補完する、任意の材料であり得る。適切な伝導性担体構造は、ケイ素、および炭化ケイ素、ならびに記載される必要条件に別様に合致する任意の他の材料を含む。
【００４０】
担体基板１４は、本来の成長基板ではないために、ブラケット１５によって示される伝導性接着系が、活性構造１１を伝導性担体基板１４と結合する。図１は、それぞれ２つの金属層１６および１７として、接着系を示すが、一部の場合には、単一層が適切であり得、その一方で、別の状況では、多数の層が利点を提供し得ることが理解される。適切な金属接着層の性質および加工の実施例は、米国特許出願公開第２００８０００３７７７号、「Ｎｉｃｋｅｌ−Ｔｉｎ Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗａｆｅｒｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ」、および第２００８００７３６６５号、「Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｇｏｌｄ−Ｔｉｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ Ｍｅｌｔｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｗａｆｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ」に記載されている。これらは、特許請求される本発明の制限ではなく、例示であることが理解される。
【００４１】
ダイオード１０は、伝導性担体基板１４に隣接する活性構造１１との第１の透過性オーム接点２０を含む。第２の透過性オーム接点２１は、伝導性担体基板１４と反対側の活性構造１１上にある。第３のオーム接点２２は、伝導性担体基板１４の反対側に作られ、基本構造を完成させる。
【００４２】
本明細書で使用されるときの、用語「透過性」は、ダイオード１０によって発生される周波数の入射光の少なくとも約７０％を、好ましくは、そのような光の９０〜１００％を伝達する、オーム接点を指す。
【００４３】
ＩＩＩ族窒化物層（および、他の半導体材料）との透過性オーム接点の最も一般的材料は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）であり、各オーム接点はそれぞれ、インジウムスズ酸化物で形成され得る。他の候補材料は、下記のもの、すなわち、インジウムスズ酸化物、酸化ニッケル、酸化亜鉛、カドミウムスズ酸化物、ニッケルチタンタングステン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化マグネシウム、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＳｎＯ２／Ｓｂ、Ｇａ２Ｏ３／Ｓｎ、ＡｇＩｎＯ２／Ｓｎ、Ｉｎ２Ｏ３／Ｚｎ、ＣｕＡｌＯ２、ＬａＣｕＯＳ、ＣｕＧａＯ２、およびＳｒＣｕ２Ｏ２を含む。第３のオーム接点２２は、必ずしも透過性である必要はないが、透過性であり得、透過性であるときには、同一群の材料から作られ得る。
【００４４】
図１はまた、活性層１１の関連部分の実質的に全部を被覆する、第１と第２のオーム接点２０および２１を示す。これは、特に、ｐ型層１２に対する電流の拡散を支援する。
【００４５】
透過性オーム接点２０および２１（ならびに、可能性として、基板１４とのオーム接点２２）はまた、異なる屈折率を有する異なる透過性材料の複数の層から形成され得る。接点の中に漸進的に増加する屈折率を提供することによって、そのような構造は、光が接点を通過するときのフレネル損失を最小化する。
【００４６】
同様の利点は、インジウムスズ酸化物の接点によって得られ得、この場合、インジウムの量が接点の中で勾配を有し、屈折率を漸進的に変化させ、接点を通過するときのフレネル損失を最小化する。
【００４７】
ダイオード１０はまた、基板１４と活性部分１１との間またはそれらに隣接して、少なくとも１つの反射層を含み得る。そのような反射層は、接着金属１６または１７、基板本体１４、あるいは接着層に隣接する付加的層（図示せず）のうちの１つを、もしくは、これらの反射層の組み合わせを含み得る。
【００４８】
発光ダイオード１０はまた、ｎ型層１３の一部と、第２のオーム接点２１とを示す、拡大され取り出された部分図に２３として示される、レンズ表面を含み得る。
【００４９】
例示的な（しかし、限定ではない）技術、およびその結果として得られるレンズ表面が、米国特許出願公開第２００６００６０８７４号、「Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｇｒｏｕｐ ＩＩＩ Ｎｉｔｒｉｄｅ ＬＥＤ ｗｉｔｈ Ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ Ｓｕｒｆａｃｅ」、第２００７００３７３０７号、「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆｏｒｍｉｎｇ ３Ｄ Ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｎ ＬＥＤｓ Ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ」、および第２００６０１８６４１８号、「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ Ｂａｓｅｄ Ｕｐｏｎ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｆａｃｅｔｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ」に記載されている。本明細書においてそれぞれ示されるように、そのようなレンズ表面は、エンボス技術によって生成され得、または化学的に成長させられ得る。そのようなレンズ表面は、時として、「粗」面または「テクスチャ」面と称される。
【００５０】
一般的な実施形態では、ダイオード１０は、第２の透過性オーム接点２１との接着パッド２４を含む。さらに、接着パッド２４はまた、接着パッドから光を反射する反射層２５を含み得る。
【００５１】
活性層内へ光を逆反射することは、いくつかの不利点を有する（これらの層は、その光子の放出と直接関連する理由から、光子を吸収するために）が、接着パッド２４は、一般的には、放出光子を最も吸収するダイオードの一部である。したがって、接着パッド２４から光子を反射することは、ほぼ常に、光抽出を増加させる。
【００５２】
図１は、点線２６によって示される保護層を任意で含み得る、ダイオード１０をさらに示す。窒化ケイ素は、窒化ケイ素と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、または酸窒化ケイ素との組み合わせとして、例示的な保護構造である。窒化ケイ素は、化学量論的（Ｓｉ３Ｎ４）または非化学量論的であり得、好ましくは、層内に組み込まれる水素を最小化または排除するために、スパッタリング堆積される。一般論として、水素の存在は、いくつかのＩＩＩ族窒化物層の特性に悪影響を及ぼす。拡大部によって示されるように、保護層２６は、レンズ表面２７を任意で含み得る。
【００５３】
図１が示すように、環境からの保護は、保護層２６を含むための理由のうちの少なくとも１つである。したがって、保護層２６は、第２のオーム接点２１の実質的に全部を被覆する。
【００５４】
図２は、広く３０で示される、本発明による、発光ダイオードの第２の実施形態を示す。ダイオード３０は、伝導性担体基板３１の上のｐ型エピタキシャルＩＩＩ族窒化物層３２を有する、伝導性担体基板３１を含む。
【００５５】
本明細書で使用されるときの、用語「上の」とは、ダイオード内の要素の相対的な位置を指す。その意味は文脈から明白であるが、特に図面と併せて考慮するときには、別の層の「上の」層の記述は、層が接触するか、または、層が互いに上下に存在する状況を含み得る。明確にするために必要な場合には、接触する層はそのように記述されるが、概して、その構造は文脈から明白となる。
【００５６】
第１の透過性オーム接点３３は、ｐ型層３２と伝導性担体基板３１との間の電気的接点を提供する。ｎ型窒化ガリウムエピタキシャル層３４は、ｐ型窒化ガリウム層３２の上にある。ｎ型層３４は、レンズ表面３５を有する。
【００５７】
第２の透過性オーム接点３６は、ｎ型エピタキシャル層３４およびレンズ表面３５全体を実質的に被覆する。第２の透過性オーム接点３６はまた、ｎ型エピタキシャル層３４と向かい合うレンズ表面３７を形成する。レンズ表面３７は（全てエピタキシャル層３４の形で）、またはレンズ表面３５と異なり得る。
【００５８】
同一の関係が、ダイオードの発光部分がｐ型であるときにも適用され得る。すなわち、ＩＩＩ族窒化物のｐ型層は、同様にレンズ表面を有するレンズｐ型層の上に、透過性金属オーム接点を有するレンズ表面を含み得る。同様に、オーム接点のレンズ表面は、エピタキシャル層のレンズ表面と同一であり（すなわち、適合する）得、または、それは異なるレンズパターンを有し得る。
【００５９】
透過性オーム接点３３および３６は、図１に関連して参照された任意の特徴を有し得、同一群の材料から選択される。第１の実施形態におけるように、接点は、可能性として、それぞれの屈折率を漸進的に増加する複数の層、またはインジウムの原子分率の勾配を有するＩＴＯ層を有し得る。
【００６０】
第３のオーム接点４０は、ＩＩＩ族窒化物層３４および３２と反対側の伝導性担体基板上にある。
【００６１】
図２に示される実施形態は、傾斜側壁４１を含み、それは、エピタキシャル層からの光の外部抽出を増加させることを支援する。そのような形状は、米国特許出願公開第２００６０１３１５９９号に詳述されている。基板の形状は、種々の幾何学形状の選択肢を含み得るが、図２によって示されるような、真っ直ぐに傾斜した側壁が、多くの状況において適切である。
【００６２】
第１の実施形態におけるように、ダイオード３０は、第２の透過性オーム接点３６と電気的に接触する接着パッド４２を含み得る。図２には示されていないが、接着パッド４２はまた、接着パッド４２による光の吸収を最小化または排除するために、反射層または反射表面を含み得る。
【００６３】
ブラケット４３によって示される接着系は、エピタキシャル層３４および３２と、伝導性担体基板３１とを結合する。２つの金属接着層４４および４５が示されている。しかしながら、第１の実施形態の場合のように、一部の場合には、オーム層３３が、基板３１をエピタキシャル層３２および３４に結合する役割を果たし得、または、他の場合には、接着系は、十分な伝導性を有することを条件として、金属以外であり得ることが理解される。同様に、接着構造４３は、単一層に限定され得、または、複数の層を含み得る。
【００６４】
第１の実施形態におけるように、ダイオード３０は、一般的に、接着金属層４４または４５のうちの１つ、あるいは伝導性担体基板３１から成る群のうちから選択される、反射層または反射表面を含み得る。
【００６５】
図１に示される伝導性担体基板１４に類似する方法で、伝導性担体基板３１は、ダイオードの構造および機能に好適な材料を備え得るが、しかし、最も一般的には、ケイ素、炭化ケイ素、ガリウムヒ素、および金属から成る群のうちから選択される。
【００６６】
上述の実施形態におけるように、図２に示されるダイオード３０は、第２の透過性オーム接点３６および接着パッド４２を被覆する、保護層４６を含む。保護層４６のための例示的な組成は、窒化ケイ素（化学量論的および非化学量論的の両方）、可能性として二酸化ケイ素、および、ある場合には、窒化ケイ素と二酸化ケイ素の層の有利な組み合わせを含む。
【００６７】
図３は、本発明による、発光ダイオードランプ５０の概略図である。ランプ５０は、図１および図２に関連して記述された実施形態１０または２０のいずれかを含み得る、本発明による発光ダイオードを含む。
【００６８】
ダイオード１０は、ダイオード１０との機械的支持および電気接点を形成する、ヘッダ５１上に配置される。ヘッダ５１はまた、ランプ５０のための電極としても働く。ワイヤ５３が、第２の電極５４との電気接点を提供する。用語「ヘッダ」は、ランプの文脈におけるＬＥＤのための適切な電気機械的支持を記述する、広い意味で使用される。
【００６９】
封止材５５は、ＬＥＤ１０と、ヘッダ５１および電極５４の一部とを被覆する。封止材５５は、ランプ５０のためのレンズを提供し、また、ダイオード１０に対する環境からの保護を提供する。封止材は、本発明の目的のために好適であって、ＬＥＤチップまたはランプの他の要素の動作に干渉しない、任意の材料であり得る。米国特許出願公開第２００８００５４２７９号、「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｉｎ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ」に記載されるように、ＬＥＤチップがスペクトルの高エネルギー部分（例えば、青色、青紫色、および紫外線）を放出するときには、封止材は、そのような周波数で放出される光子に対して低反応性または不活性であるべきである。したがって、ポリシロキサン（「シリコーン」）樹脂は、封止材に特に好適である傾向を有する。一般に、用語「ポリシロキサン」とは、−（−Ｓｉ−Ｏ−）ｎ−の骨格上に構築される任意のポリマー（一般的には、有機側基を伴う）を指す。用語「樹脂」は、任意のポリマー、コポリマー、またはパッケージを形成可能な合成物を指す、広い意味で使用される。これらの材料は、概して、当業者には周知であって、詳述する必要はない。
【００７０】
上述のように、ある実施形態では、封止材は、陰影部分５６によって示される蛍光体を含有し、それは、一般的には、ダイオード１０によって放出される光をダウンコンバートする。最も一般的には、ＩＩＩ族窒化物材料系はスペクトルの青色部分内で放射するために、蛍光体５６は青色周波数に応答し、主として（排他的ではないが）、可視スペクトルの黄色部分内で放射する。ダイオード１０からの青色光と蛍光体５６からの黄色光との組み合わせは、白色光の外部放射を生成する。セリウムでドーピングされたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）は、本目的のための例示的な蛍光体である。
【００７１】
図４は、本発明によるいくつかのランプ５０が、広く６０で示されるディスプレイ内に組み込まれ得ることを示す。種々のディスプレイの性質および動作は、一般に周知であり、ディスプレイは、一般的にはダイオードランプ５０と光分配器６１とを含み、その両方が、その主平面内に光を拡散し、また、光の一部をその主平面に対して垂直な方向に再指向することを指摘する以外は、本明細書では詳述されない。
【００７２】
多くの状況では、ディスプレイはまた、矩形６２によって概略的に表される一組の液晶と、単一矩形６３によって概略的に表される適切な一組の１つ以上のカラーフィルタとを含む。他の要素がディスプレイに含まれ得るが、明確にするためにここでは省略されている。液晶は一般的に、信号が印加されると、「オン」または「オフ」配向に動作し、その結果として、カラーフィルタ６３と組み合わせて、ディスプレイ６０はカラー画像を生成する。
【００７３】
図面および明細書において、本発明の好適な実施形態が記載された。特定の用語が使用されたが、それらの用語は、限定の目的ではなく、一般的かつ説明的意味で使用されている。本発明の範囲は請求項において定義される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードに関し、より具体的には、成長基板が部分的または全体的に除去され、かつ担体基板が追加された発光ダイオードの、外部量子効率の増加に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、光半導体素子の一種であって、適切な半導体材料における正孔組み換え現象を促進することによって、印加電圧を光に変換する。その結果として、組み換え現象において放出されるエネルギーの一部または全部が、光子を生成する。
【０００３】
発光ダイオードは、他の半導体素子のいくつかの好ましい特徴を共有する。それらは、概して強固な物理的特徴、長寿命、高信頼性、および特定の材料によっては、低コストを含む。
【０００４】
本業界において一般的な、かつ周知のいくつかの用語が、本明細書において使用される。しかしながら、そのような産業用途では、これらの用語は、時として、その意味が非公式に混合されている。故に、これらの用語は、本明細書においては可能な限り正確に使用されるが、それぞれの場合において、その意味が文脈内において明確にされる。
【０００５】
従って、用語「ダイオード」または「チップ」は、一般的に、最小限として、ある形態のオーム接点とともに反対導電型の（ｐおよびｎ）２つの半導体部分を含み、電位差が印加されるときには、形成されたｐ−ｎ接合部を通じて電流が流れる構造を指す。
【０００６】
用語「ランプ」は、適切な機械的支持部と電気接点と、かつ可能性としてレンズと整合され、電気回路または照明器具あるいはその両方に付加され得るか、または含まれ得る、個別の素子を形成する発光ダイオードを指して使用される。
【０００７】
本明細書で使用されるときの、用語「パッケージ」は、一般的には、適切な物理的および電気的構造（時として、電流が印加される金属の小片のように単純なもの）上の、半導体チップの配置を指し、ダイオードにある程度の物理的保護を提供し、かつ光出力を光学的に導き得るプラスチックレンズ（樹脂、エポキシ、封止材）を含む。
【０００８】
発光ダイオードおよびダイオードランプの構造および動作に関する適切な参考文献は、非特許文献１および非特許文献２を含む。
【０００９】
ＬＥＤによって放出される色調は、それが形成される材料によって大部分を定義される。ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）およびガリウムリン（ＧａＰ）から形成されるダイオードは、スペクトルの低エネルギー部分（黄色、赤色、赤外線）における光子を発する傾向を有する。炭化ケイ素（ＳｉＣ）およびＩＩＩ族窒化物のような材料は、より大きなバンドギャップを有し、したがって、高エネルギーの光子を生成し得、それは、電磁スペクトルの緑色、青色、青紫色、および紫外線部分として現れる。
【００１０】
一部の用途では、ＬＥＤは、その出力が異なる色調に変調、または変換されるときには、より有用となる。青色発光ＬＥＤの可用性が大幅に増加したことによって、青色光子をダウンコンバートする黄色発光蛍光体の組み込みが、同様に増加している。ダイオードによって放出される青色光と、蛍光体によって放出される黄色光との組み合わせは、白色光を生み出し得る。その結果として、固体源からの白色光の可用性は、それらを、特に照明およびカラーディスプレイのための照明（多くの場合、背面照明）を含む、いくつかの用途に組み込む可能性を提供する。そのようなデバイス（例えば、平面型コンピュータスクリーン、携帯情報端末、および携帯電話）においては、青色ＬＥＤおよび黄色蛍光体が白色光を生成し、それらは、次いで何らかの方法で分散されて、カラー画素を照射する。そのようなカラー画素は、多くの場合、液晶、カラーフィルタ、および偏光子の組み合わせによって形成され、背面照明を含むユニット全体は、一般に、液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）と称される。
【００１１】
発光ダイオードの使用が商業的に増加し、かつ白色光を生成するために使用されるダイオードの基本的特徴の理解が行きわたるにつれて、本技術における着目される進歩は、他の全要因を等しくして、所与のダイオード構造によって生成される総光量を増加させることに向けられる傾向にある。
【００１２】
この点において、任意の所与の時間内に、ダイオードによって生成される個々の光子の数は、ダイオード内で生じる組み換え現象の数に依存し、光子の数は、一般的に組み換え現象の数未満である（すなわち、全現象が、光子を生成するわけではない）。さらに、組み換え現象の数は、ダイオードを通じて印加される電流の量に依存する。再び、組み換え現象の数は、一般的には、接合部を通じて注入される電子の数未満となる。したがって、これらの電子的特性が、ダイオードの外部出力を低減し得る。
【００１３】
加えて、光子が生成されるときには、光子はまた、観測者によって感知されるように、ダイオードおよびランプから実際に離散しなければならない。多くの光子は、難なくランプから離散するが、いくつかの周知の作用が、光子の一部の離散を妨げる。これらの作用は、ダイオード内の種々の材料の屈折率の差異から生じ、かくして、ＬＥＤランプの外部出力（すなわち、その効率）を低減させる。それは、光子が減衰されて放出されるまで、または放出ではなく吸収されるまでの、光子の内部反射（すなわち、スネルの法則およびフレネル損失）を含む。ダイオード内の材料間の屈折率の差異はまた、放出光子の方向を、光子を減衰または吸収する物体の方に変化させ（スネルの法則）得る。同じ結果が、蛍光体含有ＬＥＤランプ内の蛍光体によって放出される黄色光子に対しても生じ得る。ＬＥＤランプでは、そのような「物体」は、基板、パッケージの一部、および金属接触層を含み得る。実際に、半導体材料に光子を放出させるのと同じ量子力学的特性がまた、半導体材料に光子を吸収させることになる。かくして、ＬＥＤ内の発光エピタキシャル層でさえ、放出光子を吸収し、ダイオードの全体的外部効率を低減させ得る。
【００１４】
多くの発光ダイオードを含む多くの半導体素子は、基本形態として、半導体基板と、基板上の半導体材料のエピタキシャル層とから成る。エピタキシャル層は、多くの場合（必ずしも排他的ではないが）、素子の活性部分を形成する。これらは、その化学的純度を増加させ、かつ高配列の結晶構造を生成するような方法（多くの場合、化学的蒸着法）で成長させられるために、本目的に対して有利である。加えて、化学的蒸着法は、エピタキシャル層を正確にドーピングするための優れた技術を提供する。さらに、適切な純度、結晶構造、およびドーピングは一般的に、半導体素子の良好な動作のために所望され、または必要とされる。
【００１５】
しかしながら、エピタキシャル層を加工するために使用される化学的蒸着法（ＣＶＤ）および関連技術は、一般的に、昇華または融液成長（時として、バルク成長と称される）のような他の結晶成長技術よりも時間がかかる。その結果として、目的とする構造がエピタキシャル層以外であるときには、これらのより高速な（比較的に）方法が、適切な結晶を生成するために、しばしば使用される。
【００１６】
したがって、バルク成長基板とエピタキシャル層とを組み合わせることによって、結晶構造、組成純度、ドーピング、および効率的加工法の合理的組み合わせを有する、全体構造が生成され得る。
【００１７】
それにもかかわらず、いくつかの結晶成長関連の理由により、ＩＩＩ族窒化物のバルク（すなわち、適度に大型の）単一結晶は、実用的な目的に対して利用不可能である。従って、ＩＩＩＩ族窒化物ＬＥＤは、一般的には、他のバルク基板材料上に、最も一般的には、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）および炭化ケイ素（ＳｉＣ）上に形成される。サファイアは、相対的に安価で、広く入手可能で、かつ高透過性である。その代りに、サファイアは、低熱伝導体であり、それ故に、ある高出力用途に対してはあまり好適ではない。加えて、一部の素子では、電気伝導性基板が好ましく、サファイアは伝導性ではなく、絶縁性である。サファイアはまた、約１６％の（例えば）窒化ガリウムとの格子不整合を有する。
【００１８】
炭化ケイ素は、サファイアよりも優れた熱伝導性と、ＩＩＩＩ族窒化物との良好な格子整合とを有し、すなわち、窒化ガリウムとは約３．５％の、窒化アルミニウムとは約１％のみの不整合を有する。炭化ケイ素は、伝導性を有するようにドーピングされ得るが、しかしまた、サファイアよりも非常に高価である。
【００１９】
炭化ケイ素は、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の成長のための利点をもたらすが、最終ダイオードにおいて、他の基板材料の使用を促進する他の理由が存在する。そのような他の材料を使用するためには、成長基板（一般的には、炭化ケイ素）が部分的または完全に除去されねばならず、かつ担体基板が追加されなければならない。
【００２０】
最終ダイオードの機能および用途に応じて、そのような担体基板の使用は、いくつかの利点をもたらす。その１つとして、ダイオード加工ステップの際に成長基板に必要とされる厚さは、最終ダイオードでは必要とされないことがあり得る。成長基板を除去し、担体基板で置換することによって、ダイオードの全体厚さは、有利にも減少され得る。これは、例えば、同時係属中の同一出願人に譲渡された特許文献１「Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｇｒｏｕｐ ＩＩＩ Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ」（２００４年９月２２日出願）に記載されている。
【００２１】
別の利点として、成長基板を担体基板で置換することは、多くの場合、活性層上の、成長基板とは反対側に担体基板を配置することになる。例えば、炭化ケイ素成長基板は、多くの場合ｎ型である。したがって、炭化ケイ素基板上で成長させられる第１のエピタキシャル層は、多くの場合ｎ型ＩＩＩ族窒化物層である。ｐ型層が、次いで、ｎ型層の上部に成長させられる。
【００２２】
担体基板が、次いで、一般的にはｐ型層に追加され、両方の基板（成長および担体）を有する中間構造を形成する。成長基板がｎ型層から除去されるときには、担体基板はｐ型層に付着したままである。その結果として得られる構造は、担体基板と、担体基板上のｐ型層と、担体基板と反対側の部分であるｎ型層とを有する。
【００２３】
ｐ型層は、ｐ−ｎ接合部および接合特性を生成するために必要であるが、ｐ型ＩＩＩ族窒化物材料の伝導性は、ｎ型層のそれよりも比較的に低い。その結果として、ｐ型層に拡散する所望の電流を得ることは、困難となり得る。
【００２４】
担体基板を使用することによって、エピタキシャル層は反転され得、ｐ型層は、担体基板に伝導的に取り付けられ得、ｎ型層は、ダイオードの放出面を形成し得る。この配向においては、ｎ型層の伝導性が高いほど、側方電流、ひいては、光抽出における利点をもたらす。
【００２５】
さらに別の利点として、これまでの観測は実験によるものであるが、エピタキシャル層が炭化ケイ素上で成長させられ、その後で炭化ケイ素基板が除去され、担体基板で置換されるＩＩＩ族窒化物発光ダイオードから、輝度の増加が観測されている。
【００２６】
特許文献２は、基板が全体的な素子性能にどのように影響を及ぼし得るのかについての、いくつかの付加的説明および考察を提供している。
【００２７】
担体基板はまた、炭化ケイ素基板よりも、あるはんだ付け技術または他のその後の加工ステップに適した構造を提供し得る。
【００２８】
他の場合にも、本文中の作業ダイオードは、炭化ケイ素の熱的、電子的、または光学的特性を必要としない。そのような場合に、炭化ケイ素は、成長のための利点をもたらすが、使用のための利点をもたらすことはない。これは、当然ながら、炭化ケイ素固有の半導体特性が関連特性である、特定の電源デバイスとは異なる。炭化ケイ素上にＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を成長させ、次いで、炭化ケイ素基板を除去することは、除去された炭化ケイ素基板（一般的には、ウエハとして使用され、次いで、ウエハとして除去される）が再利用可能であるために、結果として得られるダイオードの全体的費用を低減し得る。かくして、炭化ケイ素は、サファイアまたは他の基板材料よりも比較的に高価であるが、このように再利用によって、加工の費用を抑え、その一方で、ＩＩＩ族窒化物エピ層に対するＳｉＣの成長利点を提供する。
【００２９】
少なくともこれらの理由から、成長基板が除去された後の担体基板上に、ＩＩＩ族窒化物発光ダイオードを生成することは、大いなる関心事項として残されており、本技術の継続的改良への要望を駆り立てる。加えて、そのような担体基板構造との関連で、発光ダイオードの外部効率を増加させることが、継続的目標として残されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】特許出願第１０／９５１，０４２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６０１３１５９９号明細書
【非特許文献】
【００３１】
【非特許文献１】Ｓｚｅ、「ＰＨＹＳＩＣＳ ＯＦ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥＳ」、２ｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ（１９８１）
【非特許文献２】Ｓｃｈｕｂｅｒｔ、「ＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ」、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ（２００３）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００３２】
一局面では、本発明は、ＩＩＩ族窒化物の少なくともｐ型およびｎ型エピタキシャル層から形成される活性構造と、伝導性担体基板と、活性構造を伝導性担体基板に結合する伝導性接着系と、伝導性担体基板に隣接する活性構造との第１の透過性オーム接点と、伝導性担体基板と反対側の活性構造との第２の透過性オーム接点と、活性構造と反対側の伝導性担体基板との第３のオーム接点と、を含む、発光ダイオードである。
【００３３】
別の局面では、本発明は、伝導性担体基板と、伝導性担体基板上のｐ型ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層と、ｐ型層と伝導性担体基板との間のｐ型層との第１の透過性オーム接点と、ｐ型窒化ガリウム層上のｎ型窒化ガリウムエピタキシャル層と、ｎ型窒化ガリウムエピタキシャル層上のレンズ表面と、ｎ型エピタキシャル層およびレンズ表面を実質的に被覆する第２の透過性オーム接点であって、ｎ型エピタキシャル層と反対側のレンズ表面を形成する第２の透過性オーム接点と、ＩＩＩ族窒化物層と反対側の担体基板との第３のオーム接点と、を含む、発光ダイオードである。
【００３４】
さらに別の局面では、本発明は、ヘッダと、ヘッダ上の発光ダイオードであって、少なくともＩＩＩ族窒化物のｎ型およびｐ型層の活性構造を含むダイオードと、活性構造の両側のそれぞれの透過性オーム接点層と、伝導性担体基板と、伝導性担体基板とヘッダとの間のオーム接点と、ヘッダ上の発光ダイオードおよびヘッダの一部を被覆する封止材と、を含む、発光ダイオードランプである。
【００３５】
さらに別の局面では、本発明は、発光ダイオードランプと、ランプに隣接する光拡散器と、拡散器に隣接する複数の液晶と、カラーフィルタと、を含む、ディスプレイである。
【００３６】
本発明の上述および他の目的、ならびに利点と、本発明が達成される方法とは、添付の図面と併せてなされる、以下の詳細な説明に基づいて明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１および図２は、本発明による、発光ダイオードの概略断面図である。
【図２】図１および図２は、本発明による、発光ダイオードの概略断面図である。
【図３】図３は、本発明による、発光ダイオードランプの概略断面略図である。
【図４】図４は、本発明による、ダイードおよびダイオードランプを組み込むディスプレイの、部分分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、広く１０で示される、本発明による、ダイオードの第１の実施形態を示す。ダイオード１０は、少なくとも１つのｐ型ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層１２および１つのｎ型ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層から形成される、ブラケット１１によって示される活性構造を含む。ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の性質および加工は、一般的に、本技術分野において周知であり、改めて詳述されない。一般的に（排他的ではないが）、発光層は、窒化ガリウム（ＧａＮ）またはインジウムガリウム窒化物（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）から形成され、緩衝層のようなある状況下で使用されるアルミニウムガリウム窒化物（ＡｌｘＧａｌ−ｘＮ）の層を備える。図１は、１つのｐ型層１２と１つのｎ型層１３との間の直接ｐ−ｎ接合部としての、発光活性構造１１を示すが、活性構造１１は、量子井戸、多重量子井戸、あるいは単一または二重ヘテロ構造のような付加的層を含み得ることが理解される。再度、これらは、本技術分野において周知であって、詳述されない。
【００３９】
ダイオード１０は、伝導性担体基板１４を含む。担体基板１４は、伝導性を有するようにドーピングされ得（または、金属のように、伝導性であり）、通常の加工ステップと互換性を有し、かつ発光活性構造１１の動作を別様に支持し補完する、任意の材料であり得る。適切な伝導性担体構造は、ケイ素、および炭化ケイ素、ならびに記載される必要条件に別様に合致する任意の他の材料を含む。
【００４０】
担体基板１４は、本来の成長基板ではないために、ブラケット１５によって示される伝導性接着系が、活性構造１１を伝導性担体基板１４と結合する。図１は、それぞれ２つの金属層１６および１７として、接着系を示すが、一部の場合には、単一層が適切であり得、その一方で、別の状況では、多数の層が利点を提供し得ることが理解される。適切な金属接着層の性質および加工の実施例は、米国特許出願公開第２００８０００３７７７号、「Ｎｉｃｋｅｌ−Ｔｉｎ Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗａｆｅｒｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ」、および第２００８００７３６６５号、「Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｇｏｌｄ−Ｔｉｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ Ｍｅｌｔｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｗａｆｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ」に記載されている。これらは、特許請求される本発明の制限ではなく、例示であることが理解される。
【００４１】
ダイオード１０は、伝導性担体基板１４に隣接する活性構造１１との第１の透過性オーム接点２０を含む。第２の透過性オーム接点２１は、伝導性担体基板１４と反対側の活性構造１１上にある。第３のオーム接点２２は、伝導性担体基板１４の反対側に作られ、基本構造を完成させる。
【００４２】
本明細書で使用されるときの、用語「透過性」は、ダイオード１０によって発生される周波数の入射光の少なくとも約７０％を、好ましくは、そのような光の９０〜１００％を伝達する、オーム接点を指す。
【００４３】
ＩＩＩ族窒化物層（および、他の半導体材料）との透過性オーム接点の最も一般的材料は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）であり、各オーム接点はそれぞれ、インジウムスズ酸化物で形成され得る。他の候補材料は、下記のもの、すなわち、インジウムスズ酸化物、酸化ニッケル、酸化亜鉛、カドミウムスズ酸化物、ニッケルチタンタングステン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化マグネシウム、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＳｎＯ２／Ｓｂ、Ｇａ２Ｏ３／Ｓｎ、ＡｇＩｎＯ２／Ｓｎ、Ｉｎ２Ｏ３／Ｚｎ、ＣｕＡｌＯ２、ＬａＣｕＯＳ、ＣｕＧａＯ２、およびＳｒＣｕ２Ｏ２を含む。第３のオーム接点２２は、必ずしも透過性である必要はないが、透過性であり得、透過性であるときには、同一群の材料から作られ得る。
【００４４】
図１はまた、活性層１１の関連部分の実質的に全部を被覆する、第１と第２のオーム接点２０および２１を示す。これは、特に、ｐ型層１２に対する電流の拡散を支援する。
【００４５】
透過性オーム接点２０および２１（ならびに、可能性として、基板１４とのオーム接点２２）はまた、異なる屈折率を有する異なる透過性材料の複数の層から形成され得る。接点の中に漸進的に増加する屈折率を提供することによって、そのような構造は、光が接点を通過するときのフレネル損失を最小化する。
【００４６】
同様の利点は、インジウムスズ酸化物の接点によって得られ得、この場合、インジウムの量が接点の中で勾配を有し、屈折率を漸進的に変化させ、接点を通過するときのフレネル損失を最小化する。
【００４７】
ダイオード１０はまた、基板１４と活性部分１１との間またはそれらに隣接して、少なくとも１つの反射層を含み得る。そのような反射層は、接着金属１６または１７、基板本体１４、あるいは接着層に隣接する付加的層（図示せず）のうちの１つを、もしくは、これらの反射層の組み合わせを含み得る。
【００４８】
発光ダイオード１０はまた、ｎ型層１３の一部と、第２のオーム接点２１とを示す、拡大され取り出された部分図に２３として示される、レンズ表面を含み得る。
【００４９】
例示的な（しかし、限定ではない）技術、およびその結果として得られるレンズ表面が、米国特許出願公開第２００６００６０８７４号、「Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｇｒｏｕｐ ＩＩＩ Ｎｉｔｒｉｄｅ ＬＥＤ ｗｉｔｈ Ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ Ｓｕｒｆａｃｅ」、第２００７００３７３０７号、「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆｏｒｍｉｎｇ ３Ｄ Ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｎ ＬＥＤｓ Ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ」、および第２００６０１８６４１８号、「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ Ｂａｓｅｄ Ｕｐｏｎ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｆａｃｅｔｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ」に記載されている。本明細書においてそれぞれ示されるように、そのようなレンズ表面は、エンボス技術によって生成され得、または化学的に成長させられ得る。そのようなレンズ表面は、時として、「粗」面または「テクスチャ」面と称される。
【００５０】
一般的な実施形態では、ダイオード１０は、第２の透過性オーム接点２１との接着パッド２４を含む。さらに、接着パッド２４はまた、接着パッドから光を反射する反射層２５を含み得る。
【００５１】
活性層内へ光を逆反射することは、いくつかの不利点を有する（これらの層は、その光子の放出と直接関連する理由から、光子を吸収するために）が、接着パッド２４は、一般的には、放出光子を最も吸収するダイオードの一部である。したがって、接着パッド２４から光子を反射することは、ほぼ常に、光抽出を増加させる。
【００５２】
図１は、点線２６によって示される保護層を任意で含み得る、ダイオード１０をさらに示す。窒化ケイ素は、窒化ケイ素と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、または酸窒化ケイ素との組み合わせとして、例示的な保護構造である。窒化ケイ素は、化学量論的（Ｓｉ３Ｎ４）または非化学量論的であり得、好ましくは、層内に組み込まれる水素を最小化または排除するために、スパッタリング堆積される。一般論として、水素の存在は、いくつかのＩＩＩ族窒化物層の特性に悪影響を及ぼす。拡大部によって示されるように、保護層２６は、レンズ表面２７を任意で含み得る。
【００５３】
図１が示すように、環境からの保護は、保護層２６を含むための理由のうちの少なくとも１つである。したがって、保護層２６は、第２のオーム接点２１の実質的に全部を被覆する。
【００５４】
図２は、広く３０で示される、本発明による、発光ダイオードの第２の実施形態を示す。ダイオード３０は、伝導性担体基板３１の上のｐ型エピタキシャルＩＩＩ族窒化物層３２を有する、伝導性担体基板３１を含む。
【００５５】
本明細書で使用されるときの、用語「上の」とは、ダイオード内の要素の相対的な位置を指す。その意味は文脈から明白であるが、特に図面と併せて考慮するときには、別の層の「上の」層の記述は、層が接触するか、または、層が互いに上下に存在する状況を含み得る。明確にするために必要な場合には、接触する層はそのように記述されるが、概して、その構造は文脈から明白となる。
【００５６】
第１の透過性オーム接点３３は、ｐ型層３２と伝導性担体基板３１との間の電気的接点を提供する。ｎ型窒化ガリウムエピタキシャル層３４は、ｐ型窒化ガリウム層３２の上にある。ｎ型層３４は、レンズ表面３５を有する。
【００５７】
第２の透過性オーム接点３６は、ｎ型エピタキシャル層３４およびレンズ表面３５全体を実質的に被覆する。第２の透過性オーム接点３６はまた、ｎ型エピタキシャル層３４と向かい合うレンズ表面３７を形成する。レンズ表面３７は（全てエピタキシャル層３４の形で）、またはレンズ表面３５と異なり得る。
【００５８】
同一の関係が、ダイオードの発光部分がｐ型であるときにも適用され得る。すなわち、ＩＩＩ族窒化物のｐ型層は、同様にレンズ表面を有するレンズｐ型層の上に、透過性金属オーム接点を有するレンズ表面を含み得る。同様に、オーム接点のレンズ表面は、エピタキシャル層のレンズ表面と同一であり（すなわち、適合する）得、または、それは異なるレンズパターンを有し得る。
【００５９】
透過性オーム接点３３および３６は、図１に関連して参照された任意の特徴を有し得、同一群の材料から選択される。第１の実施形態におけるように、接点は、可能性として、それぞれの屈折率を漸進的に増加する複数の層、またはインジウムの原子分率の勾配を有するＩＴＯ層を有し得る。
【００６０】
第３のオーム接点４０は、ＩＩＩ族窒化物層３４および３２と反対側の伝導性担体基板上にある。
【００６１】
図２に示される実施形態は、傾斜側壁４１を含み、それは、エピタキシャル層からの光の外部抽出を増加させることを支援する。そのような形状は、米国特許出願公開第２００６０１３１５９９号に詳述されている。基板の形状は、種々の幾何学形状の選択肢を含み得るが、図２によって示されるような、真っ直ぐに傾斜した側壁が、多くの状況において適切である。
【００６２】
第１の実施形態におけるように、ダイオード３０は、第２の透過性オーム接点３６と電気的に接触する接着パッド４２を含み得る。図２には示されていないが、接着パッド４２はまた、接着パッド４２による光の吸収を最小化または排除するために、反射層または反射表面を含み得る。
【００６３】
ブラケット４３によって示される接着系は、エピタキシャル層３４および３２と、伝導性担体基板３１とを結合する。２つの金属接着層４４および４５が示されている。しかしながら、第１の実施形態の場合のように、一部の場合には、オーム層３３が、基板３１をエピタキシャル層３２および３４に結合する役割を果たし得、または、他の場合には、接着系は、十分な伝導性を有することを条件として、金属以外であり得ることが理解される。同様に、接着構造４３は、単一層に限定され得、または、複数の層を含み得る。
【００６４】
第１の実施形態におけるように、ダイオード３０は、一般的に、接着金属層４４または４５のうちの１つ、あるいは伝導性担体基板３１から成る群のうちから選択される、反射層または反射表面を含み得る。
【００６５】
図１に示される伝導性担体基板１４に類似する方法で、伝導性担体基板３１は、ダイオードの構造および機能に好適な材料を備え得るが、しかし、最も一般的には、ケイ素、炭化ケイ素、ガリウムヒ素、および金属から成る群のうちから選択される。
【００６６】
上述の実施形態におけるように、図２に示されるダイオード３０は、第２の透過性オーム接点３６および接着パッド４２を被覆する、保護層４６を含む。保護層４６のための例示的な組成は、窒化ケイ素（化学量論的および非化学量論的の両方）、可能性として二酸化ケイ素、および、ある場合には、窒化ケイ素と二酸化ケイ素の層の有利な組み合わせを含む。
【００６７】
図３は、本発明による、発光ダイオードランプ５０の概略図である。ランプ５０は、図１および図２に関連して記述された実施形態１０または２０のいずれかを含み得る、本発明による発光ダイオードを含む。
【００６８】
ダイオード１０は、ダイオード１０との機械的支持および電気接点を形成する、ヘッダ５１上に配置される。ヘッダ５１はまた、ランプ５０のための電極としても働く。ワイヤ５３が、第２の電極５４との電気接点を提供する。用語「ヘッダ」は、ランプの文脈におけるＬＥＤのための適切な電気機械的支持を記述する、広い意味で使用される。
【００６９】
封止材５５は、ＬＥＤ１０と、ヘッダ５１および電極５４の一部とを被覆する。封止材５５は、ランプ５０のためのレンズを提供し、また、ダイオード１０に対する環境からの保護を提供する。封止材は、本発明の目的のために好適であって、ＬＥＤチップまたはランプの他の要素の動作に干渉しない、任意の材料であり得る。米国特許出願公開第２００８００５４２７９号、「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｉｎ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ」に記載されるように、ＬＥＤチップがスペクトルの高エネルギー部分（例えば、青色、青紫色、および紫外線）を放出するときには、封止材は、そのような周波数で放出される光子に対して低反応性または不活性であるべきである。したがって、ポリシロキサン（「シリコーン」）樹脂は、封止材に特に好適である傾向を有する。一般に、用語「ポリシロキサン」とは、−（−Ｓｉ−Ｏ−）ｎ−の骨格上に構築される任意のポリマー（一般的には、有機側基を伴う）を指す。用語「樹脂」は、任意のポリマー、コポリマー、またはパッケージを形成可能な合成物を指す、広い意味で使用される。これらの材料は、概して、当業者には周知であって、詳述する必要はない。
【００７０】
上述のように、ある実施形態では、封止材は、陰影部分５６によって示される蛍光体を含有し、それは、一般的には、ダイオード１０によって放出される光をダウンコンバートする。最も一般的には、ＩＩＩ族窒化物材料系はスペクトルの青色部分内で放射するために、蛍光体５６は青色周波数に応答し、主として（排他的ではないが）、可視スペクトルの黄色部分内で放射する。ダイオード１０からの青色光と蛍光体５６からの黄色光との組み合わせは、白色光の外部放射を生成する。セリウムでドーピングされたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）は、本目的のための例示的な蛍光体である。
【００７１】
図４は、本発明によるいくつかのランプ５０が、広く６０で示されるディスプレイ内に組み込まれ得ることを示す。種々のディスプレイの性質および動作は、一般に周知であり、ディスプレイは、一般的にはダイオードランプ５０と光分配器６１とを含み、その両方が、その主平面内に光を拡散し、また、光の一部をその主平面に対して垂直な方向に再指向することを指摘する以外は、本明細書では詳述されない。
【００７２】
多くの状況では、ディスプレイはまた、矩形６２によって概略的に表される一組の液晶と、単一矩形６３によって概略的に表される適切な一組の１つ以上のカラーフィルタとを含む。他の要素がディスプレイに含まれ得るが、明確にするためにここでは省略されている。液晶は一般的に、信号が印加されると、「オン」または「オフ」配向に動作し、その結果として、カラーフィルタ６３と組み合わせて、ディスプレイ６０はカラー画像を生成する。
【００７３】
図面および明細書において、本発明の好適な実施形態が記載された。特定の用語が使用されたが、それらの用語は、限定の目的ではなく、一般的かつ説明的意味で使用されている。本発明の範囲は請求項において定義される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物の少なくともｐ型およびｎ型エピタキシャル層から形成される活性構造と、
電気的伝導性担体基板と、
該活性構造を該伝導性担体基板に結合する、電気的伝導性接着系と、
該伝導性担体基板に隣接する、該活性構造との第１の透過性オーム接点と、
該伝導性担体基板と反対側の、該活性構造との第２の透過性オーム接点と、
該活性構造と反対側の、該伝導性担体基板との第３のオーム接点と、
を備える、発光ダイオード。
【請求項２】
前記第１および第２の透過性オーム接点は、インジウムスズ酸化物、酸化ニッケル、酸化亜鉛、カドミウムスズ酸化物、ニッケルチタンタングステン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化マグネシウム、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＳｎＯ２／Ｓｂ、Ｇａ２Ｏ３／Ｓｎ、ＡｇＩｎＯ２／Ｓｎ、Ｉｎ２Ｏ３／Ｚｎ、ＣｕＡｌＯ２、ＬａＣｕＯＳ、ＣｕＧａＯ２、およびＳｒＣｕ２Ｏ２から成る群のうちから選択される、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記接着系は、少なくとも１つの金属層を備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記接着層のうちの１つ、前記基板、該接着層に隣接する付加的層、およびそれらの組み合わせから成る群のうちから選択される、少なくとも１つの反射層をさらに備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記担体基板との前記第３のオーム接点は、透過性であり、インジウムスズ酸化物、酸化ニッケル、酸化亜鉛、カドミウムスズ酸化物、ニッケルチタンタングステン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化マグネシウム、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＳｎＯ２／Ｓｂ、Ｇａ２Ｏ３／Ｓｎ、ＡｇＩｎＯ２／Ｓｎ、Ｉｎ２Ｏ３／Ｚｎ、ＣｕＡｌＯ２、ＬａＣｕＯＳ、ＣｕＧａＯ２、およびＳｒＣｕ２Ｏ２から成る群のうちから選択される、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記活性構造と前記透過性オーム接点との間に、レンズ表面をさらに備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記透過性オーム接点の表面もまた、レンズをなす、請求項６に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記第２の透過性オーム接点との接着パッドをさらに備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記接着パッドから光を反射するために、該接着パッドと前記第２の透過性オーム接点との間に反射層をさらに備える、請求項８に記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記活性構造上に傾斜側壁を備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記透過性オーム接点のうちの少なくとも１つは、複数の層を備え、該複数の層は、相互のあいだの屈折率を漸進的に増加させて、光が該接点を通過するときのフレネル損失を最小化する、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記透過性オーム接点のうちの少なくとも１つは、インジウムスズ酸化物を備え、該インジウムスズ酸化物の中のインジウムの量は、該接点の中で勾配を有し、屈折率を漸進的に変化させて、光が前記接点を通過するときのフレネル損失を最小化する、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
窒化ケイ素、二酸化ケイ素、および酸窒化ケイ素から成る群のうちから選択され、かつ前記第２のオーム接点および前記活性部分の実質的に全部を被覆する、該第２のオーム接点上の保護層をさらに備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
前記第２のオーム接点は、前記活性構造の実質的に全部を被覆する、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
伝導性担体基板と、
該伝導性担体基板上のｐ型ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層と、
該ｐ型層と該伝導性担体基板との間の、該ｐ型層との第１の透過性オーム接点と、
該ｐ型窒化ガリウム層上のｎ型窒化ガリウムエピタキシャル層と、
該ｎ型窒化ガリウムエピタキシャル層上のレンズ表面と、
該ｎ型エピタキシャル層および該レンズ表面を実質的に被覆する、第２の透過性オーム接点であって、該ｎ型エピタキシャル層と反対側のレンズ表面を形成する、第２の透過性オーム接点と、
該ＩＩＩ族窒化物層と反対側の、該担体基板との第３のオーム接点と、
を備える、発光ダイオード。
【請求項１６】
前記エピタキシャル層からの光の外部抽出を増加させるために、前記ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層のうちの少なくとも１つに形成される傾斜側壁を備える、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項１７】
前記担体基板との前記第３のオーム接点は、透過性である、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項１８】
前記第１、第２、および第３の透過性オーム接点のうちの少なくとも１つは、インジウムスズ酸化物、酸化ニッケル、酸化亜鉛、カドミウムスズ酸化物、ニッケルチタンタングステン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化マグネシウム、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＳｎＯ２／Ｓｂ、Ｇａ２Ｏ３／Ｓｎ、ＡｇＩｎＯ２／Ｓｎ、Ｉｎ２Ｏ３／Ｚｎ、ＣｕＡｌＯ２、ＬａＣｕＯＳ、ＣｕＧａＯ２、およびＳｒＣｕ２Ｏ２から成る群のうちから選択される、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項１９】
前記第２の透過性オーム接点との接着パッドをさらに備える、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項２０】
前記第１の透過性オーム接点と前記伝導性担体基板との間に、接着層をさらに備える、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項２１】
前記接着層は、少なくとも１つの金属層を備える、請求項２０に記載の発光ダイオード。
【請求項２２】
前記接着金属層のうちの１つと、前記伝導性担体基板とから成る群のうちから選択される反射層をさらに備える、請求項２１に記載の発光ダイオード。
【請求項２３】
前記伝導性担体基板は、ケイ素、炭化ケイ素、ガリウムヒ素、および金属から成る群のうちから選択される、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項２４】
前記第２の透過性オーム接点を被覆する保護層をさらに備える、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項２５】
前記保護層は、窒化ケイ素を備える、請求項２４に記載の発光ダイオード。
【請求項２６】
前記透過性オーム接点のうちの少なくとも１つは、光が該透過性接点を通過するときのフレネル損失を最小化するために、漸進的に増加する屈折率を有する透過性材料の複数の層を備える、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項２７】
前記透過性オーム接点のうちの少なくとも１つは、インジウムスズ酸化物の層を備え、該インジウムスズ酸化物の層の中のインジウムの含有量は、光が該透過性接点を通過するときのフレネル損失を最小化するために、該接点の中で漸進的な勾配を有する、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項２８】
前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層は、レンズ表面を有する、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項２９】
ヘッダと、
該ヘッダ上の発光ダイオードであって、少なくともＩＩＩ族窒化物のｎ型およびｐ型層の活性構造と、該活性構造の両側のそれぞれの透過性オーム接点層と、伝導性担体基板と、該伝導性担体基板と該ヘッダとの間のオーム接点と、を含む、ダイオードと、
該ヘッダ上の該発光ダイオードと、該ヘッダの一部とを被覆する封止材と、
を備える、発光ダイオードランプ。
【請求項３０】
請求項２９に記載のランプと、
該ランプに隣接する光拡散器と、
該拡散器に隣接する複数の液晶と、
カラーフィルタと、
を備える、ディスプレイ。
【請求項３１】
ＩＩＩ族窒化物の少なくともｐ型およびｎ型エピタキシャル層から形成される活性構造と、
電気的伝導性担体基板と、
該活性構造を該伝導性担体基板に結合する、電気的伝導性接着系と、
該伝導性担体基板に隣接する該活性構造との第１の透過性オーム接点と、該伝導性担体基板と反対側の該活性構造との第２の透過性オーム接点と、該第１と第２の接点の両方と、から成る群のうちから選択される、１つ以上の透過性接点と、
該活性構造と反対側の、該伝導性担体基板との第３のオーム接点と、
を備える、発光ダイオード。
【請求項３２】
担体基板とＩＩＩ族窒化物活性部分とを含む、発光ダイオードであって、
改良点は、
ＩＩＩ族窒化物層のレンズ表面と、
該レンズＩＩＩ族窒化物層上の透過性金属オーム接点と、
を備える、
発光ダイオード。
【請求項３３】
前記透過性金属オーム接点もまた、レンズ表面を有する、請求項３２に記載の発光ダイオード。
【請求項３４】
前記オーム接点上の前記レンズ表面は、前記ＩＩＩ族窒化物層上の前記レンズ表面と異なる、請求項３２に記載の発光ダイオード。
【請求項３５】
前記ＩＩＩ族窒化物層は、ｎ型またはｐ型である、請求項３２に記載の発光ダイオード。
【請求項３６】
少なくとも２つの透過性オーム接点であって、該オーム接点のうちの１つはｐ型ＩＩＩ族窒化物層との、該オーム接点のうちの他方はｎ型ＩＩＩ族窒化物層との、透過性オーム接点と、
少なくとも１つのレンズ表面を含む該透過性オーム接点のうちの少なくとも１つと、
を備える、請求項３２に記載の発光ダイオード。
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物の少なくともｐ型およびｎ型エピタキシャル層から形成される活性構造と、
電気的伝導性担体基板と、
該活性構造を該伝導性担体基板に結合する、電気的伝導性接着系と、
該伝導性担体基板に隣接する、該活性構造との第１の透過性オーム接点と、
該伝導性担体基板と反対側の、該活性構造との第２の透過性オーム接点と、
該活性構造と反対側の、該伝導性担体基板との第３のオーム接点と、
を備える、発光ダイオード。
【請求項２】
前記第１および第２の透過性オーム接点は、インジウムスズ酸化物、酸化ニッケル、酸化亜鉛、カドミウムスズ酸化物、ニッケルチタンタングステン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化マグネシウム、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＳｎＯ２／Ｓｂ、Ｇａ２Ｏ３／Ｓｎ、ＡｇＩｎＯ２／Ｓｎ、Ｉｎ２Ｏ３／Ｚｎ、ＣｕＡｌＯ２、ＬａＣｕＯＳ、ＣｕＧａＯ２、およびＳｒＣｕ２Ｏ２から成る群のうちから選択される、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記接着系は、少なくとも１つの金属層を備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記接着層のうちの１つ、前記基板、該接着層に隣接する付加的層、およびそれらの組み合わせから成る群のうちから選択される、少なくとも１つの反射層をさらに備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記担体基板との前記第３のオーム接点は、透過性であり、インジウムスズ酸化物、酸化ニッケル、酸化亜鉛、カドミウムスズ酸化物、ニッケルチタンタングステン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化マグネシウム、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＳｎＯ２／Ｓｂ、Ｇａ２Ｏ３／Ｓｎ、ＡｇＩｎＯ２／Ｓｎ、Ｉｎ２Ｏ３／Ｚｎ、ＣｕＡｌＯ２、ＬａＣｕＯＳ、ＣｕＧａＯ２、およびＳｒＣｕ２Ｏ２から成る群のうちから選択される、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記活性構造と前記透過性オーム接点との間に、レンズ表面をさらに備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記透過性オーム接点の表面もまた、レンズをなす、請求項６に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記第２の透過性オーム接点との接着パッドをさらに備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記接着パッドから光を反射するために、該接着パッドと前記第２の透過性オーム接点との間に反射層をさらに備える、請求項８に記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記活性構造上に傾斜側壁を備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記透過性オーム接点のうちの少なくとも１つは、複数の層を備え、該複数の層は、相互のあいだの屈折率を漸進的に増加させて、光が該接点を通過するときのフレネル損失を最小化する、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記透過性オーム接点のうちの少なくとも１つは、インジウムスズ酸化物を備え、該インジウムスズ酸化物の中のインジウムの量は、該接点の中で勾配を有し、屈折率を漸進的に変化させて、光が前記接点を通過するときのフレネル損失を最小化する、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
窒化ケイ素、二酸化ケイ素、および酸窒化ケイ素から成る群のうちから選択され、かつ前記第２のオーム接点および前記活性部分の実質的に全部を被覆する、該第２のオーム接点上の保護層をさらに備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
前記第２のオーム接点は、前記活性構造の実質的に全部を被覆する、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
伝導性担体基板と、
該伝導性担体基板上のｐ型ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層と、
該ｐ型層と該伝導性担体基板との間の、該ｐ型層との第１の透過性オーム接点と、
該ｐ型窒化ガリウム層上のｎ型窒化ガリウムエピタキシャル層と、
該ｎ型窒化ガリウムエピタキシャル層上のレンズ表面と、
該ｎ型エピタキシャル層および該レンズ表面を実質的に被覆する、第２の透過性オーム接点であって、該ｎ型エピタキシャル層と反対側のレンズ表面を形成する、第２の透過性オーム接点と、
該ＩＩＩ族窒化物層と反対側の、該担体基板との第３のオーム接点と、
を備える、発光ダイオード。
【請求項１６】
前記エピタキシャル層からの光の外部抽出を増加させるために、前記ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層のうちの少なくとも１つに形成される傾斜側壁を備える、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項１７】
前記担体基板との前記第３のオーム接点は、透過性である、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項１８】
前記第１、第２、および第３の透過性オーム接点のうちの少なくとも１つは、インジウムスズ酸化物、酸化ニッケル、酸化亜鉛、カドミウムスズ酸化物、ニッケルチタンタングステン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化マグネシウム、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＳｎＯ２／Ｓｂ、Ｇａ２Ｏ３／Ｓｎ、ＡｇＩｎＯ２／Ｓｎ、Ｉｎ２Ｏ３／Ｚｎ、ＣｕＡｌＯ２、ＬａＣｕＯＳ、ＣｕＧａＯ２、およびＳｒＣｕ２Ｏ２から成る群のうちから選択される、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項１９】
前記第２の透過性オーム接点との接着パッドをさらに備える、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項２０】
前記第１の透過性オーム接点と前記伝導性担体基板との間に、接着層をさらに備える、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項２１】
前記接着層は、少なくとも１つの金属層を備える、請求項２０に記載の発光ダイオード。
【請求項２２】
前記接着金属層のうちの１つと、前記伝導性担体基板とから成る群のうちから選択される反射層をさらに備える、請求項２１に記載の発光ダイオード。
【請求項２３】
前記伝導性担体基板は、ケイ素、炭化ケイ素、ガリウムヒ素、および金属から成る群のうちから選択される、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項２４】
前記第２の透過性オーム接点を被覆する保護層をさらに備える、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項２５】
前記保護層は、窒化ケイ素を備える、請求項２４に記載の発光ダイオード。
【請求項２６】
前記透過性オーム接点のうちの少なくとも１つは、光が該透過性接点を通過するときのフレネル損失を最小化するために、漸進的に増加する屈折率を有する透過性材料の複数の層を備える、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項２７】
前記透過性オーム接点のうちの少なくとも１つは、インジウムスズ酸化物の層を備え、該インジウムスズ酸化物の層の中のインジウムの含有量は、光が該透過性接点を通過するときのフレネル損失を最小化するために、該接点の中で漸進的な勾配を有する、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項２８】
前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層は、レンズ表面を有する、請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項２９】
ヘッダと、
該ヘッダ上の発光ダイオードであって、少なくともＩＩＩ族窒化物のｎ型およびｐ型層の活性構造と、該活性構造の両側のそれぞれの透過性オーム接点層と、伝導性担体基板と、該伝導性担体基板と該ヘッダとの間のオーム接点と、を含む、ダイオードと、
該ヘッダ上の該発光ダイオードと、該ヘッダの一部とを被覆する封止材と、
を備える、発光ダイオードランプ。
【請求項３０】
請求項２９に記載のランプと、
該ランプに隣接する光拡散器と、
該拡散器に隣接する複数の液晶と、
カラーフィルタと、
を備える、ディスプレイ。
【請求項３１】
ＩＩＩ族窒化物の少なくともｐ型およびｎ型エピタキシャル層から形成される活性構造と、
電気的伝導性担体基板と、
該活性構造を該伝導性担体基板に結合する、電気的伝導性接着系と、
該伝導性担体基板に隣接する該活性構造との第１の透過性オーム接点と、該伝導性担体基板と反対側の該活性構造との第２の透過性オーム接点と、該第１と第２の接点の両方と、から成る群のうちから選択される、１つ以上の透過性接点と、
該活性構造と反対側の、該伝導性担体基板との第３のオーム接点と、
を備える、発光ダイオード。
【請求項３２】
担体基板とＩＩＩ族窒化物活性部分とを含む、発光ダイオードであって、
改良点は、
ＩＩＩ族窒化物層のレンズ表面と、
該レンズＩＩＩ族窒化物層上の透過性金属オーム接点と、
を備える、
発光ダイオード。
【請求項３３】
前記透過性金属オーム接点もまた、レンズ表面を有する、請求項３２に記載の発光ダイオード。
【請求項３４】
前記オーム接点上の前記レンズ表面は、前記ＩＩＩ族窒化物層上の前記レンズ表面と異なる、請求項３２に記載の発光ダイオード。
【請求項３５】
前記ＩＩＩ族窒化物層は、ｎ型またはｐ型である、請求項３２に記載の発光ダイオード。
【請求項３６】
少なくとも２つの透過性オーム接点であって、該オーム接点のうちの１つはｐ型ＩＩＩ族窒化物層との、該オーム接点のうちの他方はｎ型ＩＩＩ族窒化物層との、透過性オーム接点と、
少なくとも１つのレンズ表面を含む該透過性オーム接点のうちの少なくとも１つと、
を備える、請求項３２に記載の発光ダイオード。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１０−５２５５７４（Ｐ２０１０−５２５５７４Ａ）
【公表日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５０４１６０（Ｐ２０１０−５０４１６０）
【出願日】平成２０年４月４日（２００８．４．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０５９３９０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１３０８２３
【国際公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【出願人】（５０６０７８３７８）クリー， インコーポレイティッド (26)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月４日（２００８．４．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０５９３９０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１３０８２３
【国際公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【出願人】（５０６０７８３７８）クリー， インコーポレイティッド (26)
【Ｆターム（参考）】
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