ＬＥＤおよびＬＥＤの組立方法
【課題】ＬＥＤの発生光の外部への結合効率を効率的に改善する。
【解決手段】基板１１２上に堆積した半導体材料の第１の層１３と共にｐ−ｎダイオードを形成する前記半導体材料の第２の層１４と、第１と第２の層の間にあって、光を発生する発光領域１８と、第２の層に堆積した第１の電極１５と、第１の層に電気的に接続された第２の電極１６が含まれている。基板１１２の上部表面に、光を散乱または回折するための突出部１１８及び／または陥凹部１１９が設けられる。第２の層の上部表面の粗面化も用いることができる。
【解決手段】基板１１２上に堆積した半導体材料の第１の層１３と共にｐ−ｎダイオードを形成する前記半導体材料の第２の層１４と、第１と第２の層の間にあって、光を発生する発光領域１８と、第２の層に堆積した第１の電極１５と、第１の層に電気的に接続された第２の電極１６が含まれている。基板１１２の上部表面に、光を散乱または回折するための突出部１１８及び／または陥凹部１１９が設けられる。第２の層の上部表面の粗面化も用いることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関するものであり、とりわけ、改良されたＧａＮベースのＬＥＤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、一般に、基板上にｐ−ｎダイオードを成長させて組立られる。ダイオードは、基板上にｎドープ材料層を成長させ、ｎドープ層上に発光領域を成長させ、さらに、ｎドープ材料層の上にｐドープ材料層を成長させることによって組立られる。次に、ｐドープ層の上部表面に電極が堆積させられ、ｎドープ層に接点が形成される。光は、基板か、あるいは、ｐドープ材料層の上部における電極を介して取り出される。光が上部電極を介して放出される場合、電極は、インジウム・スズ酸化物または薄い金のような透明な材料から組立られる。
【０００３】
ＬＥＤの効率は、２つの効率、すなわち、電極に加えられる電力が光に変換される効率と、光がＬＥＤから外部に結合される効率の積である。サファイア基板上に組立られたＧａＮベースのＬＥＤの場合、ダイオードに生じる光の大部分は、結合効率が劣るために失われる。ＧａＮは、屈折率が空気またはエポキシ・カプセル材料よりもはるかに大きい。従って、小さい頂角の光円錐角内でダイオード表面に入射する光しか、表面から出られない。残りの光の大部分は、反射によってＧａＮ層に戻され、サファイア基板表面とＧａＮ上部表面によって囲まれた導波路内に捕捉される。この捕捉された光の多くは、最終的にデバイス内で吸収される。従って、ＧａＮダイオードの効率は、理想からほど遠い。
【０００４】
ＬＥＤの抽出効率を向上させるために提案された方法の１つでは、ＬＥＤに発生した光が、臨界角以上で表面に当たり、これによって、上述の内反射の問題が阻止されるように、ＬＥＤをマクロ的に整形する必要がある。これらのＬＥＤにおいて、チップは、半球または角錐台となるように整形される。こうしたチップの整形は、極めて厄介であり、かなり高くつく。
【０００５】
ＧａＡｓベースのＬＥＤの抽出効率を改善するための第２の先行技術よる方法では、エッチングで表面の平面性を破壊する。ＬＥＤの上部表面または側部表面を粗面とし、これによって、表面に当たる光の出射を可能にする多様な非平面ファセットが得られるようにする。例えば、ＬＥＤの表面に粒子を堆積させ、次に、粒子を利用して、ランダム・エッチング・マスクを形成することによって、不規則なエッチング・パターンを生成することが可能である。結果得られるパターンには、少なくとも２つの問題がある。第１に、このパターンでは、上部電極にアイランドが残る可能性がある。これらのアイランドは、電極に対する電力接続がなされる上部電極接点には接続されない。従って、これらのアイランドの下部のＬＥＤ部分は、光を発生しない。結果として、ＬＥＤの有効面積、従って、発生する光全体が減少する。
【０００６】
第２に、ＧａＮベースのＬＥＤの場合、発光領域を含むｐ−ｎ接合が、上部表面に極めて近接している。従って、エッチングによって、接合のかなりの部分が破壊される場合が多い。破壊された部分は、発光しない。このため、有効発光領域がさらに減少する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、一般に、改善されたＬＥＤを提供することにある。
【０００８】
本発明のもう１つの目的は、結合効率の改善されたＬＥＤを提供することにある。
【０００９】
本発明の以上の及びその他の目的については、当該技術者には、本発明の下記の詳細な説明及び添付の図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、先行技術によるデバイス、とりわけ、ＧａＮベースのデバイスに比べて光結合効率の高いＬＥＤである。本発明によるＬＥＤには、上部表面を備えた基板と、基板の上部表面上に堆積した半導体材料の第１の層と、発光層と、発光層上に堆積した半導体材料の第２の層が含まれている。電気接点が、第１と第２の層に接続されている。第１と第２の層は、ｐ−ｎダイオードを形成している。本発明の実施例の１つでは、基板の上部表面には、発光領域で発生した光を散乱させる突出部／陥凹部が含まれている。本発明の第２の実施例では、第１の層に接触していない第２の層の表面には、発光領域によって生じた光の一部が当たって、ＬＥＤから出射するように配置されたファセットを備える、複数の突出部が含まれている。サファイアを介して光が取り出される場合、突出部は、光を散乱させて、サファイアに戻す働きをする。本発明の第３の実施例の場合、第２の層には、発光領域に接触していない第２の層の表面から延びる複数のチャネルまたは陥凹部が含まれている。チャネルまたは陥凹部には、半導体材料よりも屈折率の低い材料が充填される。陥凹部は、第２の層の成長条件を変更することによって形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＧａＮベースのＬＥＤの断面図である。
【図２】本発明の実施例の１つによるＬＥＤの断面図である。
【図３】ＧａＮのｐ−ｎ接合層が、基板上に堆積させられ、多数の孔を備えたＳｉＯ2マスクが、ＧａＮ表面上に堆積させられた組立プロセスの段階における本発明によるＬＥＤのもう１つの実施例の断面図である。
【図４】ＧａＮがマスク上にエピタキシャル成長させられた組立プロセスの段階における本発明によるＬＥＤのもう１つの実施例の断面図である。
【図５】従来のエッチング技法によって、ＳｉＯ2のマスクが除去された表面を備えたＬＥＤが残される組立プロセスの段階における本発明によるＬＥＤのもう１つの実施例の断面図である。
【図６】角錐の上に、透明な上部電極を堆積させ組立プロセスの段階における本発明によるＬＥＤのもう１つの実施例の断面図である。
【図７】「光パイプ」を利用して、結合効率を改善する本発明によるＬＥＤの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明がその利点を実現する方法は、ＧａＮベースＬＥＤの略断面図である図１を参照することによってより容易に理解することができるであろう。ＬＥＤ１０は、サファイア基板１２に２つのＧａＮ層を成長させることによって、基板上に組立られる。第１の層１３は、ｎ形になるようにドープされ、第２の層１４は、ｐ形になるようにドープされる。発光領域１８は、これら２つの層の間に挟まれている。一般に、発光領域は、正孔及び電子が再結合して、光を発生する発光層と、この層のそれぞれの側に位置するクラッド層を含むいくつかの層から構成される。光は、ｐ−ｎダイオード層から注入される正孔と電子の再結合によって発光層内で発生する。これらの層の詳細については、当該技術者にとって周知のところであり、これらの細部は、本発明がその利点を獲得する方法とは無関係であるため、図では、これらの層は単一ラインとして示されている。以下の説明を単純化するため、発光領域は、ｐ−ｎ接合領域と称することにする。
【００１３】
透明電極１５が、ｐタイプ層の表面に配置されている。第２の電極１６は、層１３までエッチ・バックされたＧａＮ層の一部に堆積させられて、ｎ接点を形成する。
【００１４】
上述のように、発光領域において生じた光の大部分は、ＧａＮの屈折率が高いためにＧａＮ層内に捕捉される。屈折率が高いので、臨界角が小さくなる。臨界角よりも大きい角度で表面に当たる光は、ＧａＮ表面によって全反射される。この光は、１７で示すように、電極１５とサファイア／ＧａＮ層の表面の間で跳ね返って行ったり来たりする。この光の大部分は、最終的に吸収され、従って、有用な出力が得られない。
【００１５】
本発明によれば、上述の導波路を杜絶させることによってＧａＮベースのＬＥＤの結合効率が改善される。サファイア／ＧａＮ層間の界面の表面及び／またはＧａＮ層の表面を変更することによって、導波路を杜絶させることができる。
【００１６】
本発明では、導波路効果を杜絶する４つの方法が、個別にあるいは組み合わせて、利用される。第１の方法では、サファイア／ＧａＮ界面に粗面仕上げを施すことが必要になる。この方法は、ＧａＮのエピタキシャル成長またはｐ−ｎダイオードの発光効率の妨げにならないように、ＧａＮエピタキシャル成長の前に、粗面仕上げを施すことができるという驚くべき結果に基づくものである。留意すべきは、ＧａＡｓ層の成長を助けるには、かなり研磨した基板を必要とするので、ＧａＡｓベースのデバイスにはこの方法を適用できないという点である。
【００１７】
次に、ＧａＮベースのＬＥＤ１１０の断面図である図２を参照する。図１に示す構成要素と同じ機能を果たす図２に示す構成要素には、同じ表示が施されているので、これ以上の説明は行わない。粗面仕上げによって、界面に当たる光を散乱させ、その結果、ＧａＮ／電極／空気、または、エポキシ界面の臨界角より小さい角度で、光の一部が反射するようにする特徴１１８及び１１９が形成される。上部表面の臨界角内に含まれる円錐内に散乱する光は、１１１で示すように、上部表面を通ってＬＥＤから脱出する。浅い角度で散乱する光１１７は、ＧａＮ層の上部表面から反射されて、もう一度基板表面に当たる。この光の一部は、１１２で示すように、ＬＥＤの上部表面からの脱出を可能にする角度で散乱することになる。浅すぎる角度で散乱する光は、もう一度上部表面で跳ね返り、該プロセスが繰り返される。
【００１８】
サファイア表面の散乱を生じる特徴は、陥凹部１１９または突出部１１８であり、ＬＥＤによって生じる光のＧａＮにおける波長より大きいか、あるいは、ほぼその程度であることが望ましい。特徴が光の波長よりあまりにも小さいと光は有効に散乱しない。特徴がＧａＮ層の厚さに対し相対的に大きくなると、粗面仕上げによって、ＧａＮの上部表面に欠陥を生じる可能性がある。これらの制限内において、ＬＥＤ表面の特徴を変更しなくても、粗面仕上げによって、光の結合効率が大幅に向上する。
【００１９】
粗面仕上げは、いくつかあるうちの任意の技法によって実施することが可能である。例えば、比較的粗い研磨粗粒を用いて研磨することによって、機械的に表面の粗面仕上げを施すことが可能である。例えば、砥石車に付着させた金属パックにサファイア・ウェーハを取り付けることが可能である。次に、ダイヤモンド研磨粗粒を用いて、所望の粗さになるようにサファイアに「かき傷」がつけられる。３〜５ミクロンの範囲のダイヤモンド粗粒サイズで十分であることが分かっている。
【００２０】
留意すべきは、サファイア基板は、通常、切削後、ＬＥＤ基板に利用する前に、かなりの程度まで研磨されるという点である。従って、粗面仕上げは、従来の基板製造プロセスにおける最終研磨プロセスを省略することによって実施可能である。この場合、本発明によって、実際に、基板の製造コストが低下し、同時に、ＬＥＤの総合効率が改善される。
【００２１】
エッチングで、表面に粗面仕上を施して、サファイア表面の反射率を変更することも可能である。サファイア基板の粗面仕上げは、上部電極におけるｐ−ｎ接合またはアイランドの妨げにならないので、ＬＥＤの上部表面のエッチングに関して上述のランダム・エッチング・プロセスは、上述の悪影響を生じることなく、サファイア基板に利用することが可能である。このエッチングは、フォトレジストを用いて、リソグラフィ技法で開口部を形成し、さらに、フォトレジストをエッチング・マスクとして利用することによって実施可能である。エッチングは、イオン・エッチング、イオン・ミリング、または、Ｈ3ＰＯ4などのいくつかある従来方法から任意の方法を選んで実施することが可能である。
【００２２】
基板表面の粗面仕上げは、光が基板から出射する幾何学的構造としても有効であることが分かっている。こうした幾何学的構造において、上部電極は反射材料から形成され、上部電極に当たった光が反射して基板に戻される。
【００２３】
導波路を途絶させるための第２の方法では、ＧａＮ層の上部表面を制御下で破壊することによって、活性領域に発生した光または基板界面から反射した光の出射が可能な、さまざまなファセットが得られる。上述の方法では、結果生じる破壊によって、光を発生する活性層の領域が大幅に減少してはならない。従って、破壊パターンによって、ｐ−ｎ接合の上部層、上部電極に「アイランド」が発生したり、あるいは、活性層接合のかなりの部分が破壊されてはならない。
【００２４】
上部ＧａＮ層に破壊部分を設けるための方法の１つは、パターン形成されたＳｉＯ2上に成長させるＧａＮの特定の特性を利用して、ＧａＮ層の上部表面の上に特徴を形成することである。これらの特徴は、ＬＥＤの上部表面に対して浅い角度で進行する光を上部表面から出射させるか、少なくとも、導波路から散乱させることが可能な角度のファセットを備えている。次に、組立プロセスのさまざまな段階におけるＬＥＤ２０の断面図である図３〜図６を参照する。図３を参照すると、ＧａＮのｐ−ｎ接合層２１が、上述のように基板２３上に堆積させられる。多数の孔を備えたＳｉＯ2マスク２２が、従来のリソグラフィ技法を用いて、ＧａＮ表面上に堆積させられる。孔の幅は、図面に孔を描くことができるようにするため、隣接孔間のマスク幅に対して誇張されている。図４を参照すると、次に、ＧａＮがマスク上にエピタキシャル成長させられる。ＧａＮはＳｉＯ2上において核生成しないので、ＧａＮ層が孔の上に達するまで、ＧａＮは孔内においてしか成長しない。この時点において、ＧａＮは、孔内の材料によって核生成されて、上方と側方の両方に成長する。マスクの上にＧａＮ層が延びる形状は、２４で示すように角錐である。十分な時間にわたって、ＧａＮを成長させることが可能であれば、２４で示すように、各孔毎に角錐が形成されることになる。その成長が、この時点より前に停止されると、角錐の先端が切り取られたようになる。角錐が所望の高さに達すると、成長が終了させられ、従来のエッチング技法によって、ＳｉＯ2のマスクが除去される。これによって、図５に示す表面を備えたＬＥＤが残される。最後に、図６に示すように、角錐の上に、透明な上部電極２６を堆積させることが可能である。
【００２５】
こうして組立られたＬＥＤの光出力は、同じ電力で動作する先行技術によるＬＥＤの約２倍になる。出力利得は、反射性上部電極を利用して、基板から光を取り出すデバイスの場合、いっそう大きくなる。
【００２６】
角錐は、ＧａＮの上部層と同じドーピングを施して成長させられるので、ｐ−ｎ接合の全領域で電流を受け取ることになる。従って、上部表面のエッチングに特徴的な効率の損失が、この方法で解消される。さらに、角錐のファセットは、ランダム・エッチングに基づくシステムに比べると、デバイスからの光をより多く結合する。さらに、角錐によってｐ−ｎ接合を杜絶させることはないので、この上部表面杜絶方法によって、発光効率の損失を生じることはない。
【００２７】
導波路を途絶する第３の方法は、導波路内に垂直光パイプを挿入することである。これらのパイプ内に入射する光は、それが脱出する表面まで送られる。さらに、光パイプに入射しない光の一部も、外側表面から散乱するので、次にはデバイスから脱出できるように方向転換される。本発明の実施例の１つでは、ＧａＮ層に垂直孔をエッチングし、ＧａＮより屈折率の小さい材料をこの孔に充填することによって、光パイプが形成される。
【００２８】
次に、光パイプを利用して、結合効率を改善するＬＥＤ３０の断面図である図７を参照する。上述のように、基板３３上にＧａＮのｐ−ｎ接合層３２が堆積させられ、次に、層３２上に上部電極３４が堆積させられる。次に、上部電極を貫通し、ＧａＮ層３２に入り込むように、孔パターン３５のエッチングが施される。この孔パターンのエッチングは、従来のリソグラフィ手順を利用して実施される。孔の深さは、ＧａＮ層及びサファイア基板３３の上部表面によって形成される導波路に捕捉される光を途中で捕らえるように選択される。留意すべきは、これら２つの表面間における光の強度は、該表面間のほぼ中ほどのポイントにおいて最大になるという点である。本発明の望ましい実施例の場合、孔は、導波路のこの部分において光を捕獲するため、少なくともこの深さまで延びる。次に、ＧａＮより屈折率の小さい材料が、孔に充填される。本発明の望ましい実施例の場合、ＳｉＯ2が孔に充填される。最適な材料の屈折率ｎは、下記によって表される：
ｎ＝√（ｎGaNｎa）
ここで、ｎGaNはＧａＮの屈折率であり、ｎaは透明電極に重なる媒体の屈折率である。この媒体は、通常、空気またはエポキシである。しかし、本発明の教示を逸脱することなく、孔に他の材料または空気を充填した実施例を実施することも可能である。上述の光パイプを利用したＬＥＤの光出力は、光パイプを利用しない同様のデバイスよりも７０〜８０％大きくなることが分かっている。
【００２９】
留意すべきは、上述の光パイプがデバイス内に延びる円筒形孔に制限されるわけではないという点である。例えば、光パイプは、ＧａＮ層にエッチングされたトレンチとすることも可能である。さらに、光パイプの側部は、ＧａＮ層の表面に対して垂直である必要はない。
【００３０】
上記説明は、ＧａＮをベースにしたＬＥＤに焦点を合わせたものである。しかし、以上の説明から当該技術者には明らかなように、上述の導波路を途絶させる方法は、粗面仕上げが、ｐ−ｎダイオードの成長の妨げにならなければ、他の材料から組立られるＬＥＤにも適用可能である。
【００３１】
粗面仕上げ表面をもたらす第４の方法は、低い温度またはＶ／ＩＩＩの比率が低い条件下において成長させられるＧａＮは、自ずと粗表面になるという観測結果に基づくものである。こうした条件の場合、ＧａＮ層は、自然にファセットを生じ、表面に沿って六角形のピットが形成される。この自然に形成されるファセットは、ピットのサイズが約０．１ミクロン以上の場合、散乱表面として利用することが可能である。本発明のこの実施例では、ＧａＮ層の最終部分の堆積中に、ＧａＮの成長温度を低下させることによって、粗面仕上げの層が得られる。１０４０゜Ｃ未満の成長温度でピット形成が促進されることが見られる。代替案として、層の成長中にアンモニア対トリメチガリウムのモル流量比を１００００未満まで低下させることが可能である。この効果は、当該技術者に既知のところであるため、本明細書ではこれ以上詳述しない。この効果の詳細は、Ｋａｐｏｌｎｅｋ外の論文Appl. Phys. Lett. 71[9] (September 1,1997)を参照されたい。
【００３２】
上述のように、光は、透明電極を利用することによって、上部表面を通して、または、基板を通して、ＬＥＤから取り出すことが可能である。上述の第４の実施例は、従来のプロセスに変更を加えて、上部ＧａＮ層を成長させる最終段階においてピット形成が生じる成長条件が得られるようにするだけで済むので、これらの代替案のうち後者にうまく適合する。その後、ピットの上に反射電極が堆積させられる。さらに、電極材料がピットを充填し、電極・ＧａＮ層界面に当たる光を散乱させる反射突出部が形成される。
【００３３】
上記説明では、ＧａＮベースのＬＥＤについて言及してきたが、もちろん、ＧａＮベースのＬＥＤには、ＡｌxＧａyＩｎzＮの形の化合物をベースにした任意のＬＥＤが含まれる（ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）。やはり云うまでもなく、ＬＥＤのｐ形またはｎ形層にＡｌまたはＩｎが欠けている場合もあり得る。
【００３４】
当該技術者には、以上の説明及び添付の図面から、本発明に対するさまざまな修正が明らかになるであろう。従って、本発明は、付属の請求の範囲による制限しか受けないものとする。しかしながら、本発明の広範な実施の参考として下記のとおり本発明の実施態様を例示する。
【００３５】
（実施態様１）
上部表面を備えた基板と、
前記基板上に堆積した半導体材料の第１の層と、
第１の層と共にｐ−ｎダイオードを形成する前記半導体材料の第２の層と、
前記第１と第２の層の間にあって、前記第１と第２の層の両端間に電位が印加されると、光を発生する発光領域と、
前記第２の層に堆積した導電層からなる第１の接点と、
前記第１の層に電気的に接続された第２の接点が含まれており、
前記基板の前記上部表面に、光を散乱または回折するための突出部及び／または陥凹部が含まれていることを特徴とする、
ＬＥＤ。
【００３６】
（実施態様２）
前記基板が透明であることと、前記第１の接点が光を反射して、前記基板に戻すことを特徴とする、実施態様１に記載のＬＥＤ。
【００３７】
（実施態様３）
前記基板がサファイアであることを特徴とする、実施態様１に記載のＬＥＤ。
【００３８】
（実施態様４）
前記半導体材料にＧａＮが含まれることを特徴とする、実施態様１に記載のＬＥＤ。
【００３９】
（実施態様５）
上部表面を備えた基板と、
前記基板上に堆積した半導体材料の第１の層と、
第１の層と共にｐ−ｎダイオードを形成する前記半導体材料の第２の層と、
前記第１と第２の層の間にあって、前記第１と第２の層の両端間に電位が印加されると、光を発生する発光領域と、
前記第２の層に堆積した導電層からなる第１の接点と、
前記第１の層に電気的に接続された第２の接点が含まれており、
前記発光領域に接触していない第２の層の表面に、前記発光領域によって発生した光の少なくとも一部が当たって、前記ＬＥＤから出射するように配置されたファセットを備える、
突出部が含まれていることを特徴とする、
ＬＥＤ。
【００４０】
（実施態様６）
上部表面を備えた基板と、
前記基板上に堆積した半導体材料の第１の層と、
第１の層と共にｐ−ｎダイオードを形成する前記半導体材料の第２の層と、
前記第１と第２の層の間にあって、前記第１と第２の層の両端間に電位が印加されると、光を発生する発光領域と、
前記第２の層に堆積した導電層からなる第１の接点と、
前記第１の層に電気的に接続された第２の接点と、
前記発光領域に接触していない前記第２の層の表面から延びる、前記半導体材料より屈折率の低い材料が充填された複数のチャネルが含まれている、
ＬＥＤ。
【００４１】
（実施態様７）
前記チャネルが前記第１の層に入り込んでいることを特徴とする、実施態様６に記載のＬＥＤ。
【００４２】
（実施態様８）
前記チャネルにＳｉＯ2が充填されていることを特徴とする、実施態様６に記載のＬＥＤ。
【００４３】
（実施態様９）
前記チャネルにガスが充填されていることを特徴とする、実施態様６に記載のＬＥＤ。
【００４４】
（実施態様１０）
ＬＥＤの組立方法であって、
入射光を散乱させる突出部及び／または陥凹部を含む粗面を備えた基板上において、前記突出部及び／または陥凹部を被うように、ＧａＮを含む半導体材料の第１の層をエピタキシャル成長させるステップと、
前記第１の層上に発光領域を成長させるステップと、
前記発光層上にＧａＮを含む半導体材料の第２の層をエピタキシャル成長させるステップが含まれており、前記発光領域によって生じる光が、前記粗面によって散乱することを特徴とする、
方法。
【００４５】
（実施態様１１）
ＬＥＤの組立方法であって、
基板上にＧａＮを含む半導体材料の第１の層をエピタキシャル成長させるステップと、
前記第１の層上に発光領域を成長させるステップと、
前記発光領域上にＧａＮを含む半導体材料の第２の層をエピタキシャル成長させるステップと、
半導体材料の前記第２の層上に、ＧａＮが核生成しない材料を含んでおり、前記第２の層まで延びる複数の孔を備え、前記第２の層が前記孔を介して露出することになる、マスクを堆積させるステップと、
前記孔を介して露出した前記第２の層の部分によって核生成させることにより、前記マスキングを施された第２の層上にＧａＮ層をエピタキシャル成長させるステップと、
前記マスクを除去するステップが含まれている、
方法。
【００４６】
（実施態様１２）
前記マスクがＳｉＯ2を含んでいることを特徴とする、実施態様１１に記載の方法。
【００４７】
（実施態様１３）
ＬＥＤの組立方法であって、
基板上にＧａＮを含む半導体材料の第１の層をエピタキシャル成長させるステップと、
前記第１の層上に発光領域を成長させるステップと、
前記発光領域上にＧａＮを含む半導体材料の第２の層をエピタキシャル成長させるステップが含まれており、前記第２の層の一部が、その表面と発光領域によって生じる光を散乱させるサイズのピットを含む前記第１の層が接触しない条件下において、成長させられることを特徴とする、
方法。
【００４８】
（実施態様１４）
前記条件に、１０４０゜Ｃ未満の成長温度が含まれることを特徴とする、実施態様１３に記載の方法。
【００４９】
（実施態様１５）
前記条件に、１００００未満のアンモニア対トリメチガリウムのモル流量比で、アンモニア及びトリメチガリウムから前記第２の層をエピタキシャル成長させることが含まれることを特徴とする、実施態様１３に記載の方法。
【符号の説明】
【００５０】
１０ ＬＥＤ
１２ サファイア基板
１３ 第１の層
１４ 第２の層
１５ 透明電極
１６ 第２の電極
１８ 発光領域
２０ ＬＥＤ
２１ ｐ−ｎ接合層
２２ ＳｉＯ2マスク
２３ 基板
２４ 角錐
２６ 上部電極
３２ ＧａＮ層
３３ 基板
３４ 上部電極
３５ 孔パターン
１１０ ＬＥＤ
１１７ 光
１１８ 突出部
１１９ 陥凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関するものであり、とりわけ、改良されたＧａＮベースのＬＥＤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、一般に、基板上にｐ−ｎダイオードを成長させて組立られる。ダイオードは、基板上にｎドープ材料層を成長させ、ｎドープ層上に発光領域を成長させ、さらに、ｎドープ材料層の上にｐドープ材料層を成長させることによって組立られる。次に、ｐドープ層の上部表面に電極が堆積させられ、ｎドープ層に接点が形成される。光は、基板か、あるいは、ｐドープ材料層の上部における電極を介して取り出される。光が上部電極を介して放出される場合、電極は、インジウム・スズ酸化物または薄い金のような透明な材料から組立られる。
【０００３】
ＬＥＤの効率は、２つの効率、すなわち、電極に加えられる電力が光に変換される効率と、光がＬＥＤから外部に結合される効率の積である。サファイア基板上に組立られたＧａＮベースのＬＥＤの場合、ダイオードに生じる光の大部分は、結合効率が劣るために失われる。ＧａＮは、屈折率が空気またはエポキシ・カプセル材料よりもはるかに大きい。従って、小さい頂角の光円錐角内でダイオード表面に入射する光しか、表面から出られない。残りの光の大部分は、反射によってＧａＮ層に戻され、サファイア基板表面とＧａＮ上部表面によって囲まれた導波路内に捕捉される。この捕捉された光の多くは、最終的にデバイス内で吸収される。従って、ＧａＮダイオードの効率は、理想からほど遠い。
【０００４】
ＬＥＤの抽出効率を向上させるために提案された方法の１つでは、ＬＥＤに発生した光が、臨界角以上で表面に当たり、これによって、上述の内反射の問題が阻止されるように、ＬＥＤをマクロ的に整形する必要がある。これらのＬＥＤにおいて、チップは、半球または角錐台となるように整形される。こうしたチップの整形は、極めて厄介であり、かなり高くつく。
【０００５】
ＧａＡｓベースのＬＥＤの抽出効率を改善するための第２の先行技術よる方法では、エッチングで表面の平面性を破壊する。ＬＥＤの上部表面または側部表面を粗面とし、これによって、表面に当たる光の出射を可能にする多様な非平面ファセットが得られるようにする。例えば、ＬＥＤの表面に粒子を堆積させ、次に、粒子を利用して、ランダム・エッチング・マスクを形成することによって、不規則なエッチング・パターンを生成することが可能である。結果得られるパターンには、少なくとも２つの問題がある。第１に、このパターンでは、上部電極にアイランドが残る可能性がある。これらのアイランドは、電極に対する電力接続がなされる上部電極接点には接続されない。従って、これらのアイランドの下部のＬＥＤ部分は、光を発生しない。結果として、ＬＥＤの有効面積、従って、発生する光全体が減少する。
【０００６】
第２に、ＧａＮベースのＬＥＤの場合、発光領域を含むｐ−ｎ接合が、上部表面に極めて近接している。従って、エッチングによって、接合のかなりの部分が破壊される場合が多い。破壊された部分は、発光しない。このため、有効発光領域がさらに減少する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、一般に、改善されたＬＥＤを提供することにある。
【０００８】
本発明のもう１つの目的は、結合効率の改善されたＬＥＤを提供することにある。
【０００９】
本発明の以上の及びその他の目的については、当該技術者には、本発明の下記の詳細な説明及び添付の図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、先行技術によるデバイス、とりわけ、ＧａＮベースのデバイスに比べて光結合効率の高いＬＥＤである。本発明によるＬＥＤには、上部表面を備えた基板と、基板の上部表面上に堆積した半導体材料の第１の層と、発光層と、発光層上に堆積した半導体材料の第２の層が含まれている。電気接点が、第１と第２の層に接続されている。第１と第２の層は、ｐ−ｎダイオードを形成している。本発明の実施例の１つでは、基板の上部表面には、発光領域で発生した光を散乱させる突出部／陥凹部が含まれている。本発明の第２の実施例では、第１の層に接触していない第２の層の表面には、発光領域によって生じた光の一部が当たって、ＬＥＤから出射するように配置されたファセットを備える、複数の突出部が含まれている。サファイアを介して光が取り出される場合、突出部は、光を散乱させて、サファイアに戻す働きをする。本発明の第３の実施例の場合、第２の層には、発光領域に接触していない第２の層の表面から延びる複数のチャネルまたは陥凹部が含まれている。チャネルまたは陥凹部には、半導体材料よりも屈折率の低い材料が充填される。陥凹部は、第２の層の成長条件を変更することによって形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＧａＮベースのＬＥＤの断面図である。
【図２】本発明の実施例の１つによるＬＥＤの断面図である。
【図３】ＧａＮのｐ−ｎ接合層が、基板上に堆積させられ、多数の孔を備えたＳｉＯ2マスクが、ＧａＮ表面上に堆積させられた組立プロセスの段階における本発明によるＬＥＤのもう１つの実施例の断面図である。
【図４】ＧａＮがマスク上にエピタキシャル成長させられた組立プロセスの段階における本発明によるＬＥＤのもう１つの実施例の断面図である。
【図５】従来のエッチング技法によって、ＳｉＯ2のマスクが除去された表面を備えたＬＥＤが残される組立プロセスの段階における本発明によるＬＥＤのもう１つの実施例の断面図である。
【図６】角錐の上に、透明な上部電極を堆積させ組立プロセスの段階における本発明によるＬＥＤのもう１つの実施例の断面図である。
【図７】「光パイプ」を利用して、結合効率を改善する本発明によるＬＥＤの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明がその利点を実現する方法は、ＧａＮベースＬＥＤの略断面図である図１を参照することによってより容易に理解することができるであろう。ＬＥＤ１０は、サファイア基板１２に２つのＧａＮ層を成長させることによって、基板上に組立られる。第１の層１３は、ｎ形になるようにドープされ、第２の層１４は、ｐ形になるようにドープされる。発光領域１８は、これら２つの層の間に挟まれている。一般に、発光領域は、正孔及び電子が再結合して、光を発生する発光層と、この層のそれぞれの側に位置するクラッド層を含むいくつかの層から構成される。光は、ｐ−ｎダイオード層から注入される正孔と電子の再結合によって発光層内で発生する。これらの層の詳細については、当該技術者にとって周知のところであり、これらの細部は、本発明がその利点を獲得する方法とは無関係であるため、図では、これらの層は単一ラインとして示されている。以下の説明を単純化するため、発光領域は、ｐ−ｎ接合領域と称することにする。
【００１３】
透明電極１５が、ｐタイプ層の表面に配置されている。第２の電極１６は、層１３までエッチ・バックされたＧａＮ層の一部に堆積させられて、ｎ接点を形成する。
【００１４】
上述のように、発光領域において生じた光の大部分は、ＧａＮの屈折率が高いためにＧａＮ層内に捕捉される。屈折率が高いので、臨界角が小さくなる。臨界角よりも大きい角度で表面に当たる光は、ＧａＮ表面によって全反射される。この光は、１７で示すように、電極１５とサファイア／ＧａＮ層の表面の間で跳ね返って行ったり来たりする。この光の大部分は、最終的に吸収され、従って、有用な出力が得られない。
【００１５】
本発明によれば、上述の導波路を杜絶させることによってＧａＮベースのＬＥＤの結合効率が改善される。サファイア／ＧａＮ層間の界面の表面及び／またはＧａＮ層の表面を変更することによって、導波路を杜絶させることができる。
【００１６】
本発明では、導波路効果を杜絶する４つの方法が、個別にあるいは組み合わせて、利用される。第１の方法では、サファイア／ＧａＮ界面に粗面仕上げを施すことが必要になる。この方法は、ＧａＮのエピタキシャル成長またはｐ−ｎダイオードの発光効率の妨げにならないように、ＧａＮエピタキシャル成長の前に、粗面仕上げを施すことができるという驚くべき結果に基づくものである。留意すべきは、ＧａＡｓ層の成長を助けるには、かなり研磨した基板を必要とするので、ＧａＡｓベースのデバイスにはこの方法を適用できないという点である。
【００１７】
次に、ＧａＮベースのＬＥＤ１１０の断面図である図２を参照する。図１に示す構成要素と同じ機能を果たす図２に示す構成要素には、同じ表示が施されているので、これ以上の説明は行わない。粗面仕上げによって、界面に当たる光を散乱させ、その結果、ＧａＮ／電極／空気、または、エポキシ界面の臨界角より小さい角度で、光の一部が反射するようにする特徴１１８及び１１９が形成される。上部表面の臨界角内に含まれる円錐内に散乱する光は、１１１で示すように、上部表面を通ってＬＥＤから脱出する。浅い角度で散乱する光１１７は、ＧａＮ層の上部表面から反射されて、もう一度基板表面に当たる。この光の一部は、１１２で示すように、ＬＥＤの上部表面からの脱出を可能にする角度で散乱することになる。浅すぎる角度で散乱する光は、もう一度上部表面で跳ね返り、該プロセスが繰り返される。
【００１８】
サファイア表面の散乱を生じる特徴は、陥凹部１１９または突出部１１８であり、ＬＥＤによって生じる光のＧａＮにおける波長より大きいか、あるいは、ほぼその程度であることが望ましい。特徴が光の波長よりあまりにも小さいと光は有効に散乱しない。特徴がＧａＮ層の厚さに対し相対的に大きくなると、粗面仕上げによって、ＧａＮの上部表面に欠陥を生じる可能性がある。これらの制限内において、ＬＥＤ表面の特徴を変更しなくても、粗面仕上げによって、光の結合効率が大幅に向上する。
【００１９】
粗面仕上げは、いくつかあるうちの任意の技法によって実施することが可能である。例えば、比較的粗い研磨粗粒を用いて研磨することによって、機械的に表面の粗面仕上げを施すことが可能である。例えば、砥石車に付着させた金属パックにサファイア・ウェーハを取り付けることが可能である。次に、ダイヤモンド研磨粗粒を用いて、所望の粗さになるようにサファイアに「かき傷」がつけられる。３〜５ミクロンの範囲のダイヤモンド粗粒サイズで十分であることが分かっている。
【００２０】
留意すべきは、サファイア基板は、通常、切削後、ＬＥＤ基板に利用する前に、かなりの程度まで研磨されるという点である。従って、粗面仕上げは、従来の基板製造プロセスにおける最終研磨プロセスを省略することによって実施可能である。この場合、本発明によって、実際に、基板の製造コストが低下し、同時に、ＬＥＤの総合効率が改善される。
【００２１】
エッチングで、表面に粗面仕上を施して、サファイア表面の反射率を変更することも可能である。サファイア基板の粗面仕上げは、上部電極におけるｐ−ｎ接合またはアイランドの妨げにならないので、ＬＥＤの上部表面のエッチングに関して上述のランダム・エッチング・プロセスは、上述の悪影響を生じることなく、サファイア基板に利用することが可能である。このエッチングは、フォトレジストを用いて、リソグラフィ技法で開口部を形成し、さらに、フォトレジストをエッチング・マスクとして利用することによって実施可能である。エッチングは、イオン・エッチング、イオン・ミリング、または、Ｈ3ＰＯ4などのいくつかある従来方法から任意の方法を選んで実施することが可能である。
【００２２】
基板表面の粗面仕上げは、光が基板から出射する幾何学的構造としても有効であることが分かっている。こうした幾何学的構造において、上部電極は反射材料から形成され、上部電極に当たった光が反射して基板に戻される。
【００２３】
導波路を途絶させるための第２の方法では、ＧａＮ層の上部表面を制御下で破壊することによって、活性領域に発生した光または基板界面から反射した光の出射が可能な、さまざまなファセットが得られる。上述の方法では、結果生じる破壊によって、光を発生する活性層の領域が大幅に減少してはならない。従って、破壊パターンによって、ｐ−ｎ接合の上部層、上部電極に「アイランド」が発生したり、あるいは、活性層接合のかなりの部分が破壊されてはならない。
【００２４】
上部ＧａＮ層に破壊部分を設けるための方法の１つは、パターン形成されたＳｉＯ2上に成長させるＧａＮの特定の特性を利用して、ＧａＮ層の上部表面の上に特徴を形成することである。これらの特徴は、ＬＥＤの上部表面に対して浅い角度で進行する光を上部表面から出射させるか、少なくとも、導波路から散乱させることが可能な角度のファセットを備えている。次に、組立プロセスのさまざまな段階におけるＬＥＤ２０の断面図である図３〜図６を参照する。図３を参照すると、ＧａＮのｐ−ｎ接合層２１が、上述のように基板２３上に堆積させられる。多数の孔を備えたＳｉＯ2マスク２２が、従来のリソグラフィ技法を用いて、ＧａＮ表面上に堆積させられる。孔の幅は、図面に孔を描くことができるようにするため、隣接孔間のマスク幅に対して誇張されている。図４を参照すると、次に、ＧａＮがマスク上にエピタキシャル成長させられる。ＧａＮはＳｉＯ2上において核生成しないので、ＧａＮ層が孔の上に達するまで、ＧａＮは孔内においてしか成長しない。この時点において、ＧａＮは、孔内の材料によって核生成されて、上方と側方の両方に成長する。マスクの上にＧａＮ層が延びる形状は、２４で示すように角錐である。十分な時間にわたって、ＧａＮを成長させることが可能であれば、２４で示すように、各孔毎に角錐が形成されることになる。その成長が、この時点より前に停止されると、角錐の先端が切り取られたようになる。角錐が所望の高さに達すると、成長が終了させられ、従来のエッチング技法によって、ＳｉＯ2のマスクが除去される。これによって、図５に示す表面を備えたＬＥＤが残される。最後に、図６に示すように、角錐の上に、透明な上部電極２６を堆積させることが可能である。
【００２５】
こうして組立られたＬＥＤの光出力は、同じ電力で動作する先行技術によるＬＥＤの約２倍になる。出力利得は、反射性上部電極を利用して、基板から光を取り出すデバイスの場合、いっそう大きくなる。
【００２６】
角錐は、ＧａＮの上部層と同じドーピングを施して成長させられるので、ｐ−ｎ接合の全領域で電流を受け取ることになる。従って、上部表面のエッチングに特徴的な効率の損失が、この方法で解消される。さらに、角錐のファセットは、ランダム・エッチングに基づくシステムに比べると、デバイスからの光をより多く結合する。さらに、角錐によってｐ−ｎ接合を杜絶させることはないので、この上部表面杜絶方法によって、発光効率の損失を生じることはない。
【００２７】
導波路を途絶する第３の方法は、導波路内に垂直光パイプを挿入することである。これらのパイプ内に入射する光は、それが脱出する表面まで送られる。さらに、光パイプに入射しない光の一部も、外側表面から散乱するので、次にはデバイスから脱出できるように方向転換される。本発明の実施例の１つでは、ＧａＮ層に垂直孔をエッチングし、ＧａＮより屈折率の小さい材料をこの孔に充填することによって、光パイプが形成される。
【００２８】
次に、光パイプを利用して、結合効率を改善するＬＥＤ３０の断面図である図７を参照する。上述のように、基板３３上にＧａＮのｐ−ｎ接合層３２が堆積させられ、次に、層３２上に上部電極３４が堆積させられる。次に、上部電極を貫通し、ＧａＮ層３２に入り込むように、孔パターン３５のエッチングが施される。この孔パターンのエッチングは、従来のリソグラフィ手順を利用して実施される。孔の深さは、ＧａＮ層及びサファイア基板３３の上部表面によって形成される導波路に捕捉される光を途中で捕らえるように選択される。留意すべきは、これら２つの表面間における光の強度は、該表面間のほぼ中ほどのポイントにおいて最大になるという点である。本発明の望ましい実施例の場合、孔は、導波路のこの部分において光を捕獲するため、少なくともこの深さまで延びる。次に、ＧａＮより屈折率の小さい材料が、孔に充填される。本発明の望ましい実施例の場合、ＳｉＯ2が孔に充填される。最適な材料の屈折率ｎは、下記によって表される：
ｎ＝√（ｎGaNｎa）
ここで、ｎGaNはＧａＮの屈折率であり、ｎaは透明電極に重なる媒体の屈折率である。この媒体は、通常、空気またはエポキシである。しかし、本発明の教示を逸脱することなく、孔に他の材料または空気を充填した実施例を実施することも可能である。上述の光パイプを利用したＬＥＤの光出力は、光パイプを利用しない同様のデバイスよりも７０〜８０％大きくなることが分かっている。
【００２９】
留意すべきは、上述の光パイプがデバイス内に延びる円筒形孔に制限されるわけではないという点である。例えば、光パイプは、ＧａＮ層にエッチングされたトレンチとすることも可能である。さらに、光パイプの側部は、ＧａＮ層の表面に対して垂直である必要はない。
【００３０】
上記説明は、ＧａＮをベースにしたＬＥＤに焦点を合わせたものである。しかし、以上の説明から当該技術者には明らかなように、上述の導波路を途絶させる方法は、粗面仕上げが、ｐ−ｎダイオードの成長の妨げにならなければ、他の材料から組立られるＬＥＤにも適用可能である。
【００３１】
粗面仕上げ表面をもたらす第４の方法は、低い温度またはＶ／ＩＩＩの比率が低い条件下において成長させられるＧａＮは、自ずと粗表面になるという観測結果に基づくものである。こうした条件の場合、ＧａＮ層は、自然にファセットを生じ、表面に沿って六角形のピットが形成される。この自然に形成されるファセットは、ピットのサイズが約０．１ミクロン以上の場合、散乱表面として利用することが可能である。本発明のこの実施例では、ＧａＮ層の最終部分の堆積中に、ＧａＮの成長温度を低下させることによって、粗面仕上げの層が得られる。１０４０゜Ｃ未満の成長温度でピット形成が促進されることが見られる。代替案として、層の成長中にアンモニア対トリメチガリウムのモル流量比を１００００未満まで低下させることが可能である。この効果は、当該技術者に既知のところであるため、本明細書ではこれ以上詳述しない。この効果の詳細は、Ｋａｐｏｌｎｅｋ外の論文Appl. Phys. Lett. 71[9] (September 1,1997)を参照されたい。
【００３２】
上述のように、光は、透明電極を利用することによって、上部表面を通して、または、基板を通して、ＬＥＤから取り出すことが可能である。上述の第４の実施例は、従来のプロセスに変更を加えて、上部ＧａＮ層を成長させる最終段階においてピット形成が生じる成長条件が得られるようにするだけで済むので、これらの代替案のうち後者にうまく適合する。その後、ピットの上に反射電極が堆積させられる。さらに、電極材料がピットを充填し、電極・ＧａＮ層界面に当たる光を散乱させる反射突出部が形成される。
【００３３】
上記説明では、ＧａＮベースのＬＥＤについて言及してきたが、もちろん、ＧａＮベースのＬＥＤには、ＡｌxＧａyＩｎzＮの形の化合物をベースにした任意のＬＥＤが含まれる（ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）。やはり云うまでもなく、ＬＥＤのｐ形またはｎ形層にＡｌまたはＩｎが欠けている場合もあり得る。
【００３４】
当該技術者には、以上の説明及び添付の図面から、本発明に対するさまざまな修正が明らかになるであろう。従って、本発明は、付属の請求の範囲による制限しか受けないものとする。しかしながら、本発明の広範な実施の参考として下記のとおり本発明の実施態様を例示する。
【００３５】
（実施態様１）
上部表面を備えた基板と、
前記基板上に堆積した半導体材料の第１の層と、
第１の層と共にｐ−ｎダイオードを形成する前記半導体材料の第２の層と、
前記第１と第２の層の間にあって、前記第１と第２の層の両端間に電位が印加されると、光を発生する発光領域と、
前記第２の層に堆積した導電層からなる第１の接点と、
前記第１の層に電気的に接続された第２の接点が含まれており、
前記基板の前記上部表面に、光を散乱または回折するための突出部及び／または陥凹部が含まれていることを特徴とする、
ＬＥＤ。
【００３６】
（実施態様２）
前記基板が透明であることと、前記第１の接点が光を反射して、前記基板に戻すことを特徴とする、実施態様１に記載のＬＥＤ。
【００３７】
（実施態様３）
前記基板がサファイアであることを特徴とする、実施態様１に記載のＬＥＤ。
【００３８】
（実施態様４）
前記半導体材料にＧａＮが含まれることを特徴とする、実施態様１に記載のＬＥＤ。
【００３９】
（実施態様５）
上部表面を備えた基板と、
前記基板上に堆積した半導体材料の第１の層と、
第１の層と共にｐ−ｎダイオードを形成する前記半導体材料の第２の層と、
前記第１と第２の層の間にあって、前記第１と第２の層の両端間に電位が印加されると、光を発生する発光領域と、
前記第２の層に堆積した導電層からなる第１の接点と、
前記第１の層に電気的に接続された第２の接点が含まれており、
前記発光領域に接触していない第２の層の表面に、前記発光領域によって発生した光の少なくとも一部が当たって、前記ＬＥＤから出射するように配置されたファセットを備える、
突出部が含まれていることを特徴とする、
ＬＥＤ。
【００４０】
（実施態様６）
上部表面を備えた基板と、
前記基板上に堆積した半導体材料の第１の層と、
第１の層と共にｐ−ｎダイオードを形成する前記半導体材料の第２の層と、
前記第１と第２の層の間にあって、前記第１と第２の層の両端間に電位が印加されると、光を発生する発光領域と、
前記第２の層に堆積した導電層からなる第１の接点と、
前記第１の層に電気的に接続された第２の接点と、
前記発光領域に接触していない前記第２の層の表面から延びる、前記半導体材料より屈折率の低い材料が充填された複数のチャネルが含まれている、
ＬＥＤ。
【００４１】
（実施態様７）
前記チャネルが前記第１の層に入り込んでいることを特徴とする、実施態様６に記載のＬＥＤ。
【００４２】
（実施態様８）
前記チャネルにＳｉＯ2が充填されていることを特徴とする、実施態様６に記載のＬＥＤ。
【００４３】
（実施態様９）
前記チャネルにガスが充填されていることを特徴とする、実施態様６に記載のＬＥＤ。
【００４４】
（実施態様１０）
ＬＥＤの組立方法であって、
入射光を散乱させる突出部及び／または陥凹部を含む粗面を備えた基板上において、前記突出部及び／または陥凹部を被うように、ＧａＮを含む半導体材料の第１の層をエピタキシャル成長させるステップと、
前記第１の層上に発光領域を成長させるステップと、
前記発光層上にＧａＮを含む半導体材料の第２の層をエピタキシャル成長させるステップが含まれており、前記発光領域によって生じる光が、前記粗面によって散乱することを特徴とする、
方法。
【００４５】
（実施態様１１）
ＬＥＤの組立方法であって、
基板上にＧａＮを含む半導体材料の第１の層をエピタキシャル成長させるステップと、
前記第１の層上に発光領域を成長させるステップと、
前記発光領域上にＧａＮを含む半導体材料の第２の層をエピタキシャル成長させるステップと、
半導体材料の前記第２の層上に、ＧａＮが核生成しない材料を含んでおり、前記第２の層まで延びる複数の孔を備え、前記第２の層が前記孔を介して露出することになる、マスクを堆積させるステップと、
前記孔を介して露出した前記第２の層の部分によって核生成させることにより、前記マスキングを施された第２の層上にＧａＮ層をエピタキシャル成長させるステップと、
前記マスクを除去するステップが含まれている、
方法。
【００４６】
（実施態様１２）
前記マスクがＳｉＯ2を含んでいることを特徴とする、実施態様１１に記載の方法。
【００４７】
（実施態様１３）
ＬＥＤの組立方法であって、
基板上にＧａＮを含む半導体材料の第１の層をエピタキシャル成長させるステップと、
前記第１の層上に発光領域を成長させるステップと、
前記発光領域上にＧａＮを含む半導体材料の第２の層をエピタキシャル成長させるステップが含まれており、前記第２の層の一部が、その表面と発光領域によって生じる光を散乱させるサイズのピットを含む前記第１の層が接触しない条件下において、成長させられることを特徴とする、
方法。
【００４８】
（実施態様１４）
前記条件に、１０４０゜Ｃ未満の成長温度が含まれることを特徴とする、実施態様１３に記載の方法。
【００４９】
（実施態様１５）
前記条件に、１００００未満のアンモニア対トリメチガリウムのモル流量比で、アンモニア及びトリメチガリウムから前記第２の層をエピタキシャル成長させることが含まれることを特徴とする、実施態様１３に記載の方法。
【符号の説明】
【００５０】
１０ ＬＥＤ
１２ サファイア基板
１３ 第１の層
１４ 第２の層
１５ 透明電極
１６ 第２の電極
１８ 発光領域
２０ ＬＥＤ
２１ ｐ−ｎ接合層
２２ ＳｉＯ2マスク
２３ 基板
２４ 角錐
２６ 上部電極
３２ ＧａＮ層
３３ 基板
３４ 上部電極
３５ 孔パターン
１１０ ＬＥＤ
１１７ 光
１１８ 突出部
１１９ 陥凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部表面を備えた基板と、
前記基板上に堆積した半導体材料の第１の層と、
第１の層と共にｐ−ｎダイオードを形成する前記半導体材料の第２の層と、
前記第１と第２の層の間にあって、前記第１と第２の層の両端間に電位が印加されると、光を発生する発光領域と、
前記第２の層に堆積した導電層からなる第１の接点と、
前記第１の層に電気的に接続された第２の接点と、
前記発光領域に接触していない前記第２の層の表面から延びる、前記半導体材料より屈折率の低い材料が充填された複数のチャネルが含まれている、
ＬＥＤ。
【請求項２】
前記チャネルが前記第１の層に入り込んでいることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項３】
前記チャネルにＳｉＯ2が充填されていることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項４】
前記チャネルにガスが充填されていることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項５】
ＬＥＤの組立方法であって、
基板上にＧａＮを含む半導体材料の第１の層をエピタキシャル成長させるステップと、
前記第１の層上に発光領域を成長させるステップと、
前記発光領域上にＧａＮを含む半導体材料の第２の層をエピタキシャル成長させるステップが含まれており、前記第２の層の一部が、前記第１の層が接触しない前記第２の層の表面が発光領域によって生じる光を散乱させるサイズのピットを含む条件下において、成長させられることを特徴とする、
方法。
【請求項６】
前記条件に、１０４０゜Ｃ未満の成長温度が含まれることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記条件に、１００００未満のアンモニア対トリメチガリウムのモル流量比で、アンモニア及びトリメチガリウムから前記第２の層をエピタキシャル成長させることが含まれることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項１】
上部表面を備えた基板と、
前記基板上に堆積した半導体材料の第１の層と、
第１の層と共にｐ−ｎダイオードを形成する前記半導体材料の第２の層と、
前記第１と第２の層の間にあって、前記第１と第２の層の両端間に電位が印加されると、光を発生する発光領域と、
前記第２の層に堆積した導電層からなる第１の接点と、
前記第１の層に電気的に接続された第２の接点と、
前記発光領域に接触していない前記第２の層の表面から延びる、前記半導体材料より屈折率の低い材料が充填された複数のチャネルが含まれている、
ＬＥＤ。
【請求項２】
前記チャネルが前記第１の層に入り込んでいることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項３】
前記チャネルにＳｉＯ2が充填されていることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項４】
前記チャネルにガスが充填されていることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項５】
ＬＥＤの組立方法であって、
基板上にＧａＮを含む半導体材料の第１の層をエピタキシャル成長させるステップと、
前記第１の層上に発光領域を成長させるステップと、
前記発光領域上にＧａＮを含む半導体材料の第２の層をエピタキシャル成長させるステップが含まれており、前記第２の層の一部が、前記第１の層が接触しない前記第２の層の表面が発光領域によって生じる光を散乱させるサイズのピットを含む条件下において、成長させられることを特徴とする、
方法。
【請求項６】
前記条件に、１０４０゜Ｃ未満の成長温度が含まれることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記条件に、１００００未満のアンモニア対トリメチガリウムのモル流量比で、アンモニア及びトリメチガリウムから前記第２の層をエピタキシャル成長させることが含まれることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−８０９８５（Ｐ２０１３−８０９８５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−２２３１５（Ｐ２０１３−２２３１５）
【出願日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【分割の表示】特願２０１０−１５２９０１（Ｐ２０１０−１５２９０１）の分割
【原出願日】平成１１年２月２日（１９９９．２．２）
【出願人】（５００５０７００９）フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー (197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【分割の表示】特願２０１０−１５２９０１（Ｐ２０１０−１５２９０１）の分割
【原出願日】平成１１年２月２日（１９９９．２．２）
【出願人】（５００５０７００９）フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー (197)
【Ｆターム（参考）】
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