(57)【要約】【課題】ＩＩＩ族窒化物ベースの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む発光装置及びそれを製造する方法を提供する。【解決手段】発光装置は、発光ｐｎ接合を形成する半導体層のスタックと半導体層のスタックの上に配置された誘電体層とを含む。誘電体層は、半導体層のスタックの屈折率と実質的に符合した屈折率を有する。誘電体層は、半導体層のスタックから遠位の主面を有する。この遠位主面は、半導体層のスタックに発生した光の抽出を容易にするように構成されたパターン化、粗面化、又は模様付けを含む。【選択図】図１
2009500872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ｐｎ接合を形成する半導体層のスタックと、
前記半導体層のスタックの上に配置された誘電体層と、
を含み、
前記誘電体層は、前記半導体層のスタックの屈折率と実質的に符合した屈折率を有し、該誘電体層は、該半導体層のスタックから遠位の主面を有し、該遠位主面は、該半導体層のスタックに発生した光の抽出を容易にするように構成されたパターン化、粗面化、又は模様付けを含む、
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記半導体層のスタックが基板上に形成された堆積基板とは異なる、該半導体層のスタックが配置されたホスト基板又はサブマウント、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記ホスト基板又はサブマウントは、前記発光ｐｎ接合の電気的励起を可能にするように前記半導体層のスタックに電気的に接続する結合バンプを含むことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記ホスト基板又はサブマウントは、シリコン基板又はサブマウントであることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記半導体層のスタックは、第１及び第２の反対側に位置する主面を有し、該第２の主面は、前記ホスト基板に固定され、該第１の主面は、前記堆積基板上に該半導体層のスタックを形成する間に該堆積基板に固定されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記発光ｐｎ接合は、多重量子井戸領域を含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記半導体層のスタックは、窒化ガリウム（ＧａＮ）層、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層、窒化インジウム（ＩｎＮ）層、ＧａＮ、ＡｌＮ、又はＩｎＮの三元合金を含む層、及びＧａＮ、ＡｌＮ、及びＩｎＮの四元合金を含む層から成る群から選択された半導体層を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記発光ｐｎ接合は、ＩｎＮ又はその合金を含有する複数の層を含む多重量子井戸領域を含むことを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
前記誘電体層は、前記半導体層のスタックを完全には覆っておらず、前記遠位主面の前記パターン化、粗面化、又は模様付けは、該半導体層のスタックの該不完全な覆いによって形成されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記誘電体層は、下に重なる半導体層のスタックを露出して前記遠位主面の前記パターン化、粗面化、又は模様付けを形成する開口部を含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記誘電体層は、前記半導体層のスタックに接触する近位主面を有し、該近位主面は、前記遠位主面の前記パターン化、粗面化、又は模様付けを含まずに該半導体層のスタックに接触することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記遠位主面の前記パターン化、粗面化、又は模様付けは、少なくとも１つの横方向周期性を含むことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記遠位主面の前記パターン化、粗面化、又は模様付けは、実質的に不規則かつ非周期性であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１４】
前記パターン化、粗面化、又は模様付けは、マイクロレンズを形成することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１５】
前記パターン化、粗面化、又は模様付けは、抽出光を選択された視角の方向に偏向させることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１６】
前記誘電体層の前記遠位主面上に配置された反射防止コーティング、
を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１７】
発光装置を製造する方法であって、
発光ｐｎ接合を形成する半導体層のスタックを形成する段階と、
前記半導体層のスタックの上に誘電体層を配置する段階と、
を含み、
前記誘電体層は、前記半導体層のスタックの屈折率と実質的に符合した屈折率を有し、該誘電体層は、該半導体層のスタックから遠位の主面を有し、該遠位主面は、該半導体層のスタックに発生した光の抽出を容易にするように構成されたパターン化、粗面化、又は模様付けを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記形成する段階は、
前記半導体層のスタックを堆積基板上に堆積させる段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記形成する段階は、
前記半導体層のスタックを前記堆積基板からホスト基板又はサブマウントに移動する段階、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記移動する段階は、
前記半導体層のスタックを前記堆積基板からレーザリフトオフ処理によって分離する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記移動する段階は、
前記半導体層のスタックの第２の主面を前記ホスト基板又はサブマウントに付着させる段階と、
前記第２の主面の反対側の第１の主面を前記堆積基板から分離する段階と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記分離する段階は、
前記堆積基板を実質的に減衰せずに通過し、前記半導体層のスタックの前記第１の主面の近くで吸収されるレーザビームを該堆積基板に印加する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記付着させる段階は、
前記半導体層のスタックの前記第２の主面を前記ホスト基板又はサブマウントの結合バンプに付着させて、この結合が、前記発光ｐｎ接合の電気的励起を可能にするように該半導体層のスタックとの該結合バンプの少なくとも一部の電気的接続を達成する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項２１又は請求項２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記形成する段階は、
窒化ガリウム（ＧａＮ）層、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層、窒化インジウム（ＩｎＮ）層、ＧａＮ、ＡｌＮ、又はＩｎＮの三元合金を含む層、及びＧａＮ、ＡｌＮ、及びＩｎＮの四元合金を含む層から成る群から選択された半導体層を有する半導体層のスタックを形成する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項１７から請求項２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記形成する段階は、
多重量子井戸領域を含むｐｎ接合を形成する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項１７から請求項２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記半導体層のスタックの上に前記誘電体層を配置する前記段階は、
前記誘電体層を前記配置する段階の後に前記遠位主面内に前記パターン化、粗面化、又は模様付けを形成する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項１７から請求項２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記パターン化、粗面化、又は模様付けを形成する前記段階は、
前記配置した誘電体層の選択された部分をエッチングで除去する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記選択された部分は、下に重なる半導体層のスタックまで延びて前記配置した誘電体層に開口部を形成することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記選択された部分は、下に重なる半導体層のスタックまで延びないことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記選択された部分は、マスクによって形成されることを特徴とする請求項２７から請求項２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記遠位主面内に前記パターン化、粗面化、又は模様付けを形成する前記段階は、
前記配置した誘電体層上にポリスチレン部材を配置し、該配置されたポリスチレン部材が前記選択された部分を形成する段階、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項２７から請求項２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記半導体層のスタックの上に前記誘電体層を配置する前記段階は、
前記パターン化、粗面化、又は模様付けを形成するリフトオフパターン化処理を用いて前記誘電体層を配置する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項１７から請求項２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
発光ｐｎ接合を形成する半導体層のスタックと、
前記半導体層のスタックが基板上に形成された堆積基板とは異なる、該半導体層のスタックが配置されたホスト基板又はサブマウントと、
前記ホスト基板又はサブマウントから遠位にある前記半導体層のスタックの遠位主面上に形成された該半導体層のスタックに発生した光の抽出を容易にするように構成されたパターン化、粗面化、又は模様付けと、
を含むことを特徴とする発光装置。
【請求項３４】
前記半導体層のスタックの前記遠位主面の上に配置され、該半導体層のスタックの屈折率と実質的に符合した屈折率を有する誘電体層、
を更に含むことを特徴とする請求項３３に記載の発光装置。
【請求項３５】
発光装置を製造する方法であって、
発光ｐｎ接合を形成する半導体層のスタックを堆積基板上に形成する段階と、
前記形成された半導体層のスタックを前記堆積基板からホスト基板又はサブマウントに移動し、この移動が、該半導体層のスタックが該堆積基板上に形成された時に露出していなかった該半導体層のスタックの新しい主面を露出する段階と、
前記半導体層のスタックの前記新しい主面上に該半導体層のスタックに発生した光の抽出を容易にするように構成されたパターン化、粗面化、又は模様付けを生成する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３６】
前記移動する段階は、
前記半導体層のスタックを前記堆積基板からレーザリフトオフ処理を用いて分離する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記パターン化、粗面化、又は模様付け上を含む前記新しい主面上に誘電体層を配置する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項３５又は請求項３６のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
下記事項は、照明技術に関する。それは、特に、レーザリフトオフ処理（laser lift-off process）を用いて堆積基板からホスト基板又はサブマウントに移動されたＩＩＩ族窒化物ベースの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む発光装置及びそれを製造する方法に関し、かつそれらを特に参照して以下に説明する。しかし、下記事項はまた、堆積基板からホスト基板又はサブマウントに移動された半導体層を含む他の発光半導体素子に関連した用途も見出すことになる。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物ベースのＬＥＤは、緑色、青色、紫色、及び紫外線放射を発生させるために使用される。これらのＬＥＤは、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、及びそれらの三元及び四元合金の層を典型的に含む層のスタックを含み、これは、ｐｎダイオードを形成する。こうしたＬＥＤを適切な燐光体と結合させることによって白色ＬＥＤを製造することができる。例えば、ＬＥＤダイは、燐光体含有カプセル材料で被覆することができ、あるいは、ＩＩＩ族窒化物ベースＬＥＤのアレイは、燐光体含有又は燐光体被覆光学器械を照射するように構成することができる等々である。
【０００３】
ＩＩＩ族窒化物層をエピタキシャル成長させるための堆積基板は、エピタキシャル堆積されるＩＩＩ族窒化物層の格子定数、成長温度、及び化学的性質に実質的に適合すべきである。理想的な基板は、ＧａＮ基板のようなＩＩＩ族窒化物基板であるが、大面積のＩＩＩ族窒化物ウェーハを生成するのが困難である。現在、殆どのＩＩＩ族窒化物ＬＥＤは、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）又は炭化珪素（ＳｉＣ）から作られた堆積基板上に成長させられる。
【０００４】
サファイア及びＳｉＣは、電気絶縁性であり、又は限られた熱伝導性を示す等々のような完成装置において不利な場合がある特性を有する。従って、エピタキシャル成長されたＩＩＩ族窒化物ｐｎダイオードスタックを堆積基板から最終製造ＬＥＤ装置のための構造的支持（及び任意的に電気的接続性も）を提供するより有利なホスト基板又はサブマウントまで移動させることに関心が寄せられている。適切なホスト基板又はサブマウントとしては、例えば、珪素又はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板又はサブマウント、又は誘電体被覆金属基板又はサブマウントなどを含むことができる。リフトオフを行うために、エピタキシャル成長ＩＩＩ族窒化物スタックの表面は、ホスト基板又はサブマウントに付着され、サファイア、ＳｉＣ、又は他の堆積基板から分離される。
【０００５】
ＩＩＩ族窒化物半導体層のスタックを分離するための１つの手法は、レーザリフトオフ処理の適用である。レーザリフトオフ分離工程は、エネルギがＩＩＩ族窒化物スタックと堆積基板の間のインタフェースの近くに吸収されるレーザを利用する。例えば、一部のエキシマレーザは、サファイア内では高度に透過性であるがＧａＮによって強く吸収されるレーザビームを生成する。ホスト基板に結合されたＩＩＩ族窒化物層に対しては、エキシマレーザは、サファイア基板上に当たる。サファイアは、レーザビームに対して透明であるので、ビームは、サファイア基板を実質的に減衰せずに通過し、ＧａＮ／サファイアインタフェースで吸収され、サファイア基板の分離を生じさせる。
【０００６】
レーザリフトオフは、有利な特性を有するホスト基板又はサブマウントを提供するが、ＩＩＩ族窒化物層の分離したスタックからの光抽出は、リフトオフによって低下する。ＩＩＩ族窒化物層のリフトオフスタックは、薄く（スタックの典型的な厚みは、約数ミクロンから約数十ミクロンである）、横方向寸法はそれよりかなり大きい（典型的に、数百ミクロンから１センチメートル又はそれよりも大きい）。レーザリフトオフによって生成された新しい表面は、平滑である。更に、ＩＩＩ族窒化物材料の屈折率は高い。高アスペクト比の寸法、平滑な表面、及び高い屈折率は、リフトオフＩＩＩ族窒化物層スタックで発生した光の実質的な全反射及び導波を引き起こすように協働し、それは、光抽出を実質的に低下させる。
【０００７】
【非特許文献１】Ｚａｕｎｅｒ他、「ＭＲＳ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｊ．Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｒｅｓ．」３、１７（１９９８）、ｐｐ．１−４
【発明の開示】
【０００８】
１つの態様により、発光ｐｎ接合を形成する半導体層のスタックと半導体層のスタックの上に配置された誘電体層とを含む発光装置を開示する。誘電体層は、半導体層のスタックの屈折率と実質的に符合した屈折率を有する。誘電体層は、半導体層のスタックから遠位の主面を有する。この遠位主面は、半導体層のスタックに発生した光の抽出を容易にするように構成されたパターン化、粗面化、又は模様付け（patterning, roughening texturing）を含む。
【０００９】
別の態様により、発光装置を製造する方法を開示する。発光ｐｎ接合を形成する半導体層のスタックが形成される。誘電体層が半導体層のスタックの上に配置される。誘電体層は、半導体層のスタックの屈折率と実質的に符合した屈折率を有する。誘電体層は、半導体層のスタックから遠位の主面を有する。遠位主面は、半導体層のスタックに発生した光の抽出を容易にするように構成されたパターン化、粗面化、又は模様付けを含む。
【００１０】
別の態様により、発光ｐｎ接合を形成する半導体層のスタックと、半導体層のスタックが配置されるホスト基板又はサブマウントとを含む発光装置を開示する。ホスト基板又はサブマウントは、半導体層のスタックが上に形成された堆積基板とは異なる。半導体層のスタックに発生した光の抽出を容易にするように構成されたパターン化、粗面化、又は模様付けは、ホスト基板又はサブマウントから遠位の半導体層のスタックの遠位主面上に形成される。
【００１１】
別の態様により、発光装置を製造する方法を開示する。発光ｐｎ接合を形成する半導体層のスタックが、堆積基板上に形成される。形成された半導体層のスタックは、堆積基板からホスト基板又はサブマウントに移動される。この移動は、半導体層のスタックが堆積基板上に形成された時には露出していなかった半導体層のスタックの新しい主面を露出する。半導体層のスタックに発生した光の抽出を容易にするように構成されたパターン化、粗面化、又は模様付けは、半導体層のスタックの新しい主面上に生成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１−図１Ｄを参照すると、ＬＥＤは、以下のように製造される。発光ｐｎ接合を形成するＩＩＩ族半導体層のスタック１０が、堆積基板１２上に堆積される。一部の実施形態では、発光ｐｎ接合を形成するＩＩＩ族半導体層のスタック１０は、窒化ガリウム（ＧａＮ）層、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層、窒化インジウム（ＩｎＮ）層、ＧａＮ、ＡｌＮ、又はＩｎＮの三元合金を含む層、及びＧａＮ、ＡｌＮ、及びＩｎＮの四元合金を含む層から成る群から選択された半導体層を含む。しかし、他の半導体層をＩＩＩ族窒化物層に代えて又はそれに加えて形成することができる。例えば、ＩＩＩ族窒化物のスタックは、ＩＩＩ族燐化物層、ＩＩＩ族ヒ化物層、又はＩＶ族半導体層などを含むことができる。ｐｎ接合は、インタフェースとすることができ、又は活性領域を構成する層を含むことができる。例えば、ｐｎ接合層は、ＩｎＮ又はその合金を含有する複数の層を含む多重量子井戸領域を含むことができる。ＩＩＩ族窒化物半導体層については、堆積は、有機金属化学気相蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、又はハイドライド気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）などを用いて行うことができる。
【００１３】
一部の実施形態では、堆積基板１２は、サファイア又はＳｉＣであり、それらは、ＧａＮに対して有利に接近して格子整合している。しかし、他の堆積基板を使用することもできる。堆積基板は、ＩＩＩ族半導体層のスタックに対して接近して格子整合していなければならない。しかし、それらの間の一部の格子不整合は許容できる。任意的に、堆積したスタックと堆積基板の間の格子不整合に適応するために、段階的エピタキシャル半導体バッファのような技術又は薄くてコンプライアンスの高い堆積基板の使用を利用することができる。
【００１４】
図１Ａは、堆積基板１２上に形成されたＩＩＩ族半導体層のスタック１０を示している。形成されたＩＩＩ族半導体層のスタック１０は、堆積中にそれによってスタック１０が堆積基板１２に固定される第１の主面１４と、堆積基板１２から遠位の第２の主面１６とを含む。
【００１５】
形成の後、ＩＩＩ族窒化物半導体層のスタック１０の第２の主面１６は、シリコンサブマウントのようなホスト基板又はサブマウント２０に付着される。図示のホスト基板又はサブマウント２０は、発光ｐｎ接合の電気的励起を可能にするように半導体層のスタック１０と電気的に接続する結合バンプ２２を含む。一般的に、結合バンプ２２は、この付着の前に半導体層のスタック１０の第２の主面１６上に堆積した金属又は他の高伝導性電極層（図示せず）に電気的に接触する。図示のホスト基板又はサブマウント２０は、装置に対する背面電気接触を提供するために、前面伝導トレース２６によって結合バンプ２２と電気的に接続する伝導バイア２４を更に含む。任意的に、付着した半導体層のスタック１０と、結合バンプ２２の中間のホスト基板又はサブマウント２０との間に、アンダーフィル材料２８が配置される。アンダーフィル材料は、改善した付着、又は半導体層のスタック１０からホスト基板又はサブマウント２０への熱伝導などのような恩典を提供することができる。アンダーフィル材料２８は、電気絶縁性でなければならず、かつ熱絶縁性であるか又は半導体層のスタック１０からホスト基板又はサブマウント２０への熱伝達を容易にするために熱伝導性であるかのいずれかとすることができる。
【００１６】
ＩＩＩ族半導体層のスタック１０の第２の主面１６のホスト基板又はサブマウント２０への付着の後、ＩＩＩ族半導体層のスタック１０は、堆積基板１２から分離される。一部の実施形態では、この分離を実施するためにレーザリフトオフが使用される。適切なレーザリフトオフ手法において、レーザビーム３０（図１Ｂにおいてブロック矢印によって図式的に示されている）が、堆積基板に印加される。従来的な用語「レーザ」がレーザリフトオフ処理に関して本明細書で使用されるが、本明細書で使用される用語「レーザ」は、エキシマレーザのような従来型レーザ又は集束高輝度アーク光源、集束高輝度白熱光源、又は他の高輝度光源の両方を包含することが意図されている。レーザビーム３０の波長又は光子エネルギは、堆積基板１２に対して実質的に透過性であるように選択され、それによってレーザビーム３０は、実質的に減衰されないで堆積基板１２を通過する。レーザビーム３０の波長又は光子エネルギは、ＩＩＩ族半導体層のスタック１０の１つ又はそれよりも多くの材料によって強く吸収されるように更に選択され、それによってレーザビーム３０は、半導体層のスタック１０の第１の主面１４の直近で吸収され、半導体層のスタック１０からの堆積基板１２の分離が生じる。
【００１７】
図１Ｂは、レーザリフトオフ処理中のレーザビーム３０の印加を図式的に説明している。図１Ｃは、レーザリフトオフ後の発光装置を図式的に説明している。図１Ｃに示す処理の時点で、半導体層のスタック１０の第２の主面１６がホスト基板又はサブマウント２０に付着され、一方で第１の主面１４が堆積基板１２の分離によって露出される。一般的に、露出した第１の主面１４は、比較的平滑である。一部の実施形態では、露出した第１の主面１４は、数ナノメートルから数ミクロンのＲＭＳ粗度を有する。この比較的平滑な露出した第１の主面１４は、半導体層のスタック１０内で発生した光の第１の主面１４での全反射を促進し、光を半導体層のスタック１０の内部に閉じ込める導波が助長される。これらの影響は、光抽出効率を低下させる。
【００１８】
図１Ｄを参照すると、誘電体層４０は、半導体層のスタック１０の上に配置されている。誘電体層４０は、半導体層のスタック１０によって放射された光に対して実質的に透明であり、かつ半導体層のスタック１０の屈折率と実質的に符合した屈折率を有する。誘電体層４０は、半導体層のスタック１０に接触する近位主面４２と、半導体層のスタック１０から遠位の遠位主面４４とを有する。遠位主面４４は、半導体層のスタックに発生した光の抽出を容易にするように構成されたパターン化、粗面化、又は模様付け５０を含む。図１Ｄの実施形態では、パターン化、粗面化、又は模様付け５０は、誘電体層４０を通って途中までだけ延びている。従って、近位主面４２は、遠位主面４４のパターン化、粗面化、又は模様付け５０を含まない。むしろ、近位主面４２は、連続しており、半導体層のスタック１０の第１の主面１４を覆っている。
【００１９】
図２を参照すると、他の実施形態において、誘電体層４０’が、半導体層のスタック１０の上に配置されている。誘電体層４０’は、半導体層のスタック１０によって放射された光に対して実質的に透明であり、かつ半導体層のスタック１０の屈折率と実質的に符合した屈折率を有する。誘電体層４０’は、半導体層のスタック１０に接触する近位主面４２’と、半導体層のスタック１０から遠位の遠位主面４４’とを有する。遠位主面４４’は、半導体層のスタックに発生した光の抽出を容易にするように構成されたパターン化、粗面化、又は模様付け５０’を含む。図２の実施形態は、パターン化、粗面化、又は模様付け５０’が近位主面４２まで通して延びている点で図１Ｄのものと異なり、それによって近位主面４２’は、パターン化、粗面化、又は模様付け５０’を含む。遠位主面４４’のパターン化、粗面化、又は模様付け５０’は、誘電体層４０’による半導体層のスタックの不完全な覆いによって形成される。この不完全な覆いにおける開口部は、遠位主面のパターン化、粗面化、又は模様付け５０’を形成する。
【００２０】
一部の実施形態では、パターン化、粗面化、又は模様付け５０、５０’は、実質的に不規則かつ非周期的である。他の実施形態では、パターン化、粗面化、又は模様付け５０、５０’は、マイクロレンズを形成する。更に他の実施形態では、パターン化、粗面化、又は模様付け５０、５０’は、抽出光を選択された視角に向けて偏向させる傾斜した表面又は他の構造を有する。パターン化、粗面化、又は模様付け５０、５０’は、遠位主面４４、４４’の平坦性を低下させ、全反射及び導波の影響の低減によって光抽出を容易にする。パターン化、粗面化、又は模様付け５０、５０’は、発光ｐｎ接合を形成する半導体層のスタック１０によって放射される光の波長に基づいて光抽出を高める特徴部の大きさを含む。
【００２１】
誘電体層４０、４０’は、半導体材料の屈折率に類似する屈折率を有する実質的にあらゆる透明誘電体とすることができる。１つの適切な誘電体は、窒化珪素（ＳｉＮｘ）である。ＳｉＮｘの屈折率は、化学量論値に依存し、Ｓｉ／Ｎが高まるのに伴って増大する傾向にある。本発明者は、プラズマ強化化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）によってＳｉＮｘを堆積させ、６８０ｎｍで２．４を超える屈折率を測定した。この屈折率は、約２．３であると報告されているＧａＮの６８０ｎｍでの屈折率に実質的に符合した十分に高い値である。Ｚａｕｎｅｒ他、「ＭＲＳ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｊ．Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｒｅｓ．」３、１７（１９９８）、ｐｐ．１−４を参照されたい。他の適切な誘電体としては、例えば、酸化珪素（ＳｉＯx）及び酸窒化珪素（ＳｉxＮy）が挙げられる。
【００２２】
誘電体層４０、４０’の屈折率は、光が半導体材料から誘電体内に通過する時の反射を低減するために、半導体層のスタック１０の屈折率に実質的に符合すべきである。全反射に関するインタフェース法線を基準とする臨界角θcは、ｓｉｎ（θc）＝ｎd／ｎsによって与えられ、式中ｎdは、誘電体層４０、４０’の屈折率であり、ｎsは、半導体層の屈折率である。ｎd≧ｎsの場合、半導体層のスタック１０から誘電体層４０、４０’内に通過する光に関する全反射は発生しない。従って、半導体材料の屈折率とほぼ同じか又はそれよりも大きい屈折率を有するあらゆる誘電体は、半導体材料の屈折率に実質的に符合すると見なされる。すなわち、半導体層のスタック１０の屈折率に実質的に符合する誘電体層４０、４０’の屈折率のための条件は、ｎd〜ｎs又はｎd＞ｎsのいずれかである。
【００２３】
パターン化、粗面化、又は模様付け５０、５０’を有する遠位主面４４、４４’を含む誘電体層４０、４０’は、様々な方法で生成することができる。１つの手法においては、誘電体層は、半導体層のスタック１０の第１の主面１４にわたって実質的に均一に堆積される。次に、プラズマエッチングのようなエッチダウン加工がマスクを用いて施され、パターン化、粗面化、又は模様付け５０、５０’が形成される。このマスクは、ホスト基板又はサブマウント２０への付着の後のパターン化装置に適する非接触マスクとすることができる。フォトリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ、又は電子線リソグラフィに適する非接触マスクを使用することができる。マスクは、堆積した誘電体層上のレジストパターン（フォトレジストパターンのような）を形成するために使用することができ、レジストパターンは、エッチング領域と非エッチング領域とを定めるのに役立つ。代替的に、マスクは、異方性ドライエッチングにおけるシャドウマスクとして使用することができる。
【００２４】
別の手法は、堆積した誘電体層の表面上にポリスチレン球のような小さいポリスチレン部材を堆積させ、それらの部材又は球をプラズマエッチングマスクとして使用することである。この手法は、不規則又は非周期的なパターン化、粗面化、又は模様付けを通常提供する。パターン化、粗面化、又は模様付け５０を生成させるための更に別の手法は、グレーチングリソグラフィである。この手法は、周期的粗面化を通常提供する。
【００２５】
これらのエッチダウン手法は、誘電体層４０を完全には通過しないパターン化、粗面化、又は模様付け５０、又は誘電体層４０’内の開口を形成するために誘電体層４０’を完全に通過するパターン化、粗面化、又は模様付け５０’のいずれかをもたらすことができる。その違いは、エッチダウン加工が達する深さの程度にあるのみである。エッチダウン加工が、開口を含む誘電体層４０’を生成するために使用される時、エッチングは、好ましくは、半導体層のスタック１０を構成する半導体材料を侵食しないものが選択される。
【００２６】
リフトオフ処理もまた、パターン化、粗面化、又は模様付け５０を形成するために使用することができる。マスクは、半導体層のスタック１０の第１の主面１４上にレシストパターン（フォトレジストパターンのような）を形成するために最初に使用される。次に、半導体材料に符合する屈折率を有する誘電体層が、第１の主面１４及びレジストパターンの上面に堆積され、次に、レジスト上に配置された堆積誘電体層のそれらの部分に沿ったレジストパターンを除去するリフトオフ処理が行われる。
【００２７】
開口を含む誘電体層４０’を生成させるために、半導体層のスタック１０を損傷しない方式でリフトオフ処理を容易に行うことができる。例えば、レジストパターンは、半導体材料を損傷しない露光度によって生成されるフォトレジストパターンとすることができる。リフトオフ処理を用いて誘電体層４０を生成させるために、誘電体の連続層を最初に堆積させることができ、次に、連続誘電体層の上面でのマスキングされたレジストパターン形成が行われ、引き続き第２の誘電体層の堆積及びその第２の誘電体層の選択部分のリフトオフが行われる。
【００２８】
更に別の手法において、マスクは、最初にレジストパターンを形成するために使用され、次に、エッチダウン加工が、半導体材料上にパターンを直接形成するために使用される。しかし、この手法は、半導体材料のエッチングが半導体層１０を損傷して性能劣化ＬＥＤをもたらす可能性があるという欠点を有する。
【００２９】
望ましい形状を有するパターンは、パターン化の後に製造することができる。誘電体（又は半導体）アイランド及びアイランドアレイの形状は、屈折力出力を最適化するマイクロレンズを実質的に形成することができる。任意的に、選択されたアイランド形状及びパターン側壁角度は、視角を調整するように形成することができる。任意的に、遠位主面４４、４４’は、パターン化の後に光抽出効率を更に高めるために反射防止コーティングで被覆される。反射防止コーティングは、半導体屈折率ｎsが高く、誘電体がそれに応じて半導体層のスタックの高屈折率ｎsに実質的に符合する高屈折率ｎdを有する時に特に有用である。
【００３０】
本発明を好ましい実施形態に関して説明した。以上の詳細説明を読解すれば、当然なことに修正及び変更が想起されるであろう。特許請求の範囲又はその均等物の範囲内である限り、本発明は、全てのこうした修正及び変更を含むように解釈されるものとする。
【００３１】
特許請求の範囲は、別記の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】レーザリフトオフ処理を含む適切なＩＩＩ族窒化物ＬＥＤ製造工程を概略で示し、堆積基板上に堆積した半導体層のスタックを概略で示す図である。
【図１Ｂ】レーザリフトオフ処理を含む適切なＩＩＩ族窒化物ＬＥＤ製造工程を概略で示し、堆積基板のレーザリフトオフ中にホスト基板又はサブマウントに付着された半導体層のスタックを概略で示す図である。
【図１Ｃ】レーザリフトオフ処理を含む適切なＩＩＩ族窒化物ＬＥＤ製造工程を概略で示し、堆積基板の分離後にホスト基板又はサブマウントに付着された半導体層のスタックを概略で示す図である。
【図１Ｄ】レーザリフトオフ処理を含む適切なＩＩＩ族窒化物ＬＥＤ製造工程を概略で示し、半導体層のスタックに発生した光の抽出を容易にするように構成されたパターン化、粗面化、又は模様付けを含む遠位主面を有する半導体層のスタックの上に配置された誘電体層を含む製造された発光装置を概略で示す図である。
【図２】半導体層のスタックの一部分を露出するために延びる時に通過し、かつ遠位主面のパターン化、粗面化、又は模様付けを定める開口部を誘電体層が含む、製造された発光装置の別の実施形態を概略で示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ＩＩＩ族半導体層のスタック
１２  堆積基板
１４  第１の主面
１６  第２の主面
２０  ホスト基板又はサブマウント
２２  結合バンプ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【国際調査報告】
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