(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、高透過率の発光装置を提供することである。【解決手段】  発光装置は、基板と、基板上に形成された第一の窒化物半導体スタックと、第一の窒化物半導体スタック上に形成された窒化物発光層と、窒化物発光層上に形成された第二の窒化物半導体スタックと、第二の窒化物半導体スタック上に形成された第一の透明導電性の酸化物層とを含む。第二の窒化物半導体スタックは、第二の窒化物半導体スタックの上面に形成された複数の六角形のピラミッド型の孔を含む。第二の窒化物半導体スタックの複数の六角形のピラミッド型の孔は、第一の透明導電性の酸化物層で満たされ、低い抵抗のオーミック接触は、操作電圧を減じ、発光装置の発光効率を改善するように、複数の六角形のピラミッド型の孔の内面で発生する。【選択図】  図１
2006013500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された第一の窒化物半導体スタックと、
前記第一の窒化物半導体スタック上に形成された窒化物発光層と、
前記窒化物発光層上に形成された第二の窒化物半導体スタックと、
前記第二の窒化物半導体スタック上に形成された第一の透明導電性の酸化物層と、
を含む発光装置であって、
前記第二の窒化物半導体スタックは、前記窒化物発光層と反対の前記第二の窒化物半導体スタックの表面から下方に延在する、複数の六角形のピラミッド型の孔を含み、
前記第二の窒化物半導体スタックの前記複数の六角形のピラミッド型の孔は前記第一の透明導電性の酸化物層で実質的に満たされることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記第二の窒化物半導体スタックの表面の前記六角形のピラミッド型の一つ孔の対角線の長さは、１０ｎｍ乃至１μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記六角形のピラミッド型の孔の密度は、１ｘ１０７ｃｍ−２乃至１ｘ１０１１ｃｍ−２の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記六角形のピラミッド型の一つの孔の深さは、１０ｎｍ乃至１μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記基板と前記第一の窒化物半導体スタックとの間に形成されたバッファー層をさら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６】
前記第一の透明導電性の酸化物層は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化カドミウムスズ（ＣＴＯ）、酸化アンチモンスズ、酸化インジウム亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム及び酸化亜鉛スズで構成する群から選択される少なくとも一つの物質を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７】
前記第一の透明導電性の酸化物層の透過率は、光の波長が３００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内の場合に５０％よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項８】
前記第一の透明導電性の酸化物層の厚さは、５０ｎｍ乃至１μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項９】
前記基板はＣ（０００１）サファイア基板であり、前記六角形のピラミッド型の孔の各々において、それぞれ２つの隣接するピラミッドの表面間の角度は実質的に１２０度であり、前記ピラミッドの表面は夫々（１０−１１）又は（１１−２２）の格子表面群を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１０】
前記基板は、０乃至１０度のオフアングルを有する（０００１）又は（１１−２０）サファイア基板であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記基板は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、及びガラスで構成する群から選択される少なくとも一つの物質を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１２】
前記第一の窒化物半導体スタックは、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮで構成する群から選択される少なくとも一つの物質を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１３】
前記第一の窒化物半導体スタックは少なくとも一つのｎ型の窒化物半導体層を含み、前記第二の窒化物半導体スタックは少なくとも一つのｐ型の窒化物半導体層を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１４】
前記第一の窒化物半導体スタックは少なくとも一つのｐ型の窒化物半導体層を含み、前記第二の窒化物半導体スタックは少なくとも一つのｎ型の窒化物半導体層を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１５】
前記窒化物発光層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮで構成する群から選択される少なくとも一つの物質を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１６】
前記窒化物発光層は、二重ヘテロ構造、単一の量子井戸構造、又は多重量子井戸構造を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１７】
前記第二の窒化物半導体スタックは、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮで構成する群から選択される少なくとも一つの物質を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１８】
前記バッファー層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮで構成する群から選択される少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項１９】
前記第二の窒化物半導体スタックの前記六角形のピラミッド型の孔は、エピタキシャル成長によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項２０】
前記第二の窒化物半導体スタックの前記六角形のピラミッド型の孔は、湿式エッチング処理を実行することによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項２１】
前記第二の窒化物半導体スタックの前記六角形のピラミッド型の孔は、エピタキシャル成長及び湿式エッチング処理の実行によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項２２】
前記六角形のピラミッド型の孔の底部から前記基板までの距離は、前記窒化物発光層の上面から前記基板までの距離よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項２３】
前記第一の透明導電性の酸化物層と接触する前記六角形のピラミッド型の孔の内面で形成した接触抵抗は、前記第一の透明導電性の酸化物層と接触する前記第二の窒化物半導体スタックの表面に形成された接触抵抗よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項２４】
前記第一の透明導電性の酸化物層の屈折率は、窒化物物質の屈折率とパッケージ物質の屈折率との間であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項２５】
前記基板から離れた前記第一の窒化物半導体スタックの表面は第一表面及び第二表面を含み、前記窒化物発光層が前記第一の窒化物半導体スタックの第一表面上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項２６】
前記第一の窒化物半導体スタックの第二表面上に形成される第二の透明導電性の酸化物層をさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の発光装置。
【請求項２７】
前記第二の透明導電性の酸化物層は、酸化インジウムスズ、酸化カドミウムスズ、酸化アンチモンスズ、酸化インジウム亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム及び酸化亜鉛スズで構成する群から選択される少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項２６に記載の発光装置。
【請求項２８】
前記第二の透明導電性の酸化物層の屈折率は、窒化物物質の屈折率とパッケージ物質の屈折率との間であることを特徴とする請求項２６に記載の発光装置。
【請求項２９】
前記第一の窒化物半導体スタックの前記第二表面は光取出し効率の高い表面であることを特徴とする請求項２５に記載の発光装置。
【請求項３０】
前記光取出し効率の高い表面は、該光取出し効率の高い表面で形成された六角形のピラミッド型の孔を備えて形成されることを特徴とする請求項２９に記載の発光装置。
【請求項３１】
前記第二の透明導電性の酸化物層は、前記六角形のピラミッド型の孔を備えて形成される前記第一の窒化物半導体スタックの第二表面上に形成されることを特徴とする請求項３０に記載の発光装置。
【請求項３２】
前記第一の窒化物半導体スタックの六角形のピラミッド型の各孔は、前記第二の透明導電性の酸化物層で実質的に満たされることを特徴とする請求項３１に記載の発光装置。
【請求項３３】
前記第二の窒化物半導体スタックの表面の前記六角形のピラミッド型の一つの孔の対角線の長さは、１０ｎｍ乃至１μｍの範囲内であることを特徴とする請求項３０に記載の発光装置。
【請求項３４】
前記六角形のピラミッド型の孔の密度は、１ｘ１０７ｃｍ−２乃至１ｘ１０１１ｃｍ−２の範囲内であることを特徴とする請求項３０に記載の発光装置。
【請求項３５】
前記六角形のピラミッド型の孔の深さは、１０ｎｍ乃至１μｍの範囲内であることを特徴とする請求項３０に記載の発光装置。
【請求項３６】
前記六角形のピラミッド型の孔は、湿式エッチング処理を実行することによって形成されることを特徴とする請求項３０に記載の発光装置。
【請求項３７】
前記第二の透明導電性の酸化物層は、酸化インジウムスズ、酸化カドミウムスズ、酸化アンチモンスズ、酸化インジウム亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム及び酸化亜鉛スズで構成する群から選択される少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項３１に記載の発光装置。
【請求項３８】
前記光取出し効率の高い表面は、粗い構造を備えて形成されることを特徴とする請求項２９に記載の発光装置。
【請求項３９】
前記第二の透明導電性の酸化物層は、前記粗い構造を備えて形成される前記第一の窒化物半導体スタックの第二表面上に形成されることを特徴とする請求項３８に記載の発光装置。
【請求項４０】
前記第二の透明導電性の酸化物層は、酸化インジウムスズ、酸化カドミウムスズ、酸化アンチモンスズ、酸化インジウム亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム及び酸化亜鉛スズで構成する群から選択される少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項３９に記載の発光装置。
【請求項４１】
前記粗い構造は、湿式エッチング処理を実行することによって形成されることを特徴とする請求項３８に記載の発光装置。
【請求項４２】
前記第二の透明導電性の酸化物層の屈折率は、窒化物物質の屈折率とパッケージ物質の屈折率との間であることを特徴とする請求項３１に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置に関し、より詳細には、高効率の発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光装置は、光ディスプレイ装置、信号機、データ記憶装置、通信装置、照明装置及び医療機器で幅広く応用されている。
【０００３】
従来の窒化物ＬＥＤは、透明導電層とみなされるＮｉ／Ａｕ群の物質など、ＬＥＤの上面に薄い金属層を含む。しかしながら、ＬＥＤ光は部分的に金属を通過することはできない。ＬＥＤによって生成された光は薄い金属層によって吸収され、光の透過率は減少する。良好な透過率を有するために、薄い金属層の厚さは、数１０から数１００オングストローム内に制限される。薄い金属層の厚さが制限されるが、薄い金属層は単に６０乃至７０％の範囲の可視光線の透過率を有し、ＬＥＤの発光効率は低いままである。
【０００４】
ここに参照として含まれるＬＥＤ構造が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。ＬＥＤの表面は、キャリア濃度が高いｐ型接触層上に形成された透明導電性の酸化物層を含む。一般的に、透明導電性の酸化物層は、９０％よりも高い高透過率を有する。したがって、そのような層の厚さは厚くすることができ、電流の拡散が良好で、ＬＥＤの輝度及び発光効率が改善される。良好なオーミック接触を形成するように、透明導電性の酸化物層は５ｘ１０１８ｃｍ３よりも高いキャリア濃度のｐ型接触層と接するべきであることを注意する。
【０００５】
逆トンネル化層（a  reverse  tunneling  layer）を形成する方法がここに参照として組み込まれており、開示されている（例えば、特許文献２参照。）。Ｎ＋逆トンネル化接触層は、ＬＥＤの発光効率を改善し、操作電圧を減じるように、良好なオーミック接触の目的を達成する、透明な酸化物の電極層と半導体発光層との間に形成される。
【０００６】
加えて、関連する方法が開示される（例えば、非特許文献１参照。）。薄い金属層が窒化物ＬＥＤのｐ型接触層上に形成され、次いで、透明導電性の酸化物層が薄い金属層上に形成されたことが開示された。この方法は、ｐ型接触層と透明導電性の酸化物層との間の接触抵抗を効率的に減じることができる。しかしながら、薄い金属層によって透過率はさらに減少され、ＬＥＤの発光効率は薄い金属層によってさらに影響が及ぼされる。
【０００７】
したがって、本発明は、上述のような接触層と透明導電性の酸化物層との間に生じる接触抵抗の問題を解決し、処理の複雑さを簡素化するように、ＬＥＤの輝度を改善することを狙ったものである。
【特許文献１】米国特許第６，０７８，０６４号明細書
【特許文献２】台湾特許第１４４，４１５号明細書
【非特許文献１】Ｙ．Ｃ．Ｌｉｎ，“ＩｎＧａＮ／ＧａＮ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｎｉ／Ａｕ，Ｎｉ／ＩＴＯ  ａｎｄ  ＩＴＯ  ｐ−Ｔｙｐｅ  Ｃｏｎｔａｃｔｓ”（Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｖｏｌ．４７  Ｐａｇｅ  ８４９−８５３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、上述の問題を解決するために、高透過率の発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は発光装置を開示する。発光装置は、基板と、基板上に形成された第一の窒化物半導体スタックと、第一の窒化物半導体スタック上に形成された窒化物発光層と、窒化物発光層上に形成された第二の窒化物半導体スタックとを含み、第二の窒化物半導体スタックは、窒化物発光層と反対の第二の窒化物半導体層の表面上に複数の六角形のピラミッド型の孔を有し、六角形のピラミッド型の孔は第二の窒化物半導体層の表面から下方に向かって延在し、第一の透明導電性の酸化物の層は第二の窒化物半導体スタック上に形成される。第二の窒化物半導体スタックの複数の六角形のピラミッド型の孔は、第一の透明導電性の酸化物層で満たされ、低抵抗のオーミック接触が透明導電性の酸化物層と複数の六角形のピラミッド型の孔の内面との間で生じる。
【００１０】
一般的に、第二の窒化物半導体スタックがｐ型物質であり、窒化物発光層に対するその表面が平滑であり、基板表面に対して平行な場合、透明導電性の酸化物層はｐ型の窒化物半導体スタックで良好なオーミック接触を直接的に形成できず、それによって、操作電圧を高める。
【００１１】
対照的に、本発明は窒化物発光層と反対のｐ型の窒化物半導体スタックの表面に複数の六角形のピラミッド型の孔を提供し、ここで六角形のピラミッド型の孔は第二の窒化物半導体層の表面から下方に向かって延在し、次いで、表面上に透明導電性の酸化物層を形成し、ここで透明導電性の酸化物層は、孔領域を伴わないｐ型の窒化物半導体の表面の平らな領域（これ以降、“平らな外面”と呼ぶ）だけでなく、六角形のピラミッド型の孔の内面（これ以降、“孔の内面”と呼ぶ）にも接触する。平らな外面の表面エネルギー状態は、孔の内面の表面エネルギー状態とは異なる。表面エネルギー状態間の差異は、平らな外面と孔の内面との間の表面エネルギー電位での差異と同様に結晶方向の差異によって寄与される。透明導電性の酸化物層がｐ型の窒化物半導体スタックの平らな外面上に直接的に形成される場合、透明導電性の酸化物層と平らな外面との間の界面は高い接触抵抗を導く高電位の障壁を有する。しかしながら、透明導電性の酸化物層が孔の内面と接触する場合、孔の内面の界面と透明導電性の酸化物層との間が低電位の障壁であるので、良好なオーミック接触が形成できる。したがって、ｐ型層は、以前の従来技術で言及したような高いキャリア濃度は必要としない。装置の操作電圧は、従来のＮｉ／Ａｕに基づいたＬＥＤとしてのレベルまで減じることができる。
【００１２】
操作電流が適用される場合、電流は最初に透明導電性の酸化物層によって広がり、次いで、主に、透明導電性の酸化物層と接触する孔の内面の低い抵抗接触領域により、ｐ型の窒化物半導体スタック内に流れ込み、最終的に光を生じるように発光層に流れる。
【００１３】
さらに、六角形のピラミッド型の孔の本発明の他の利点は、六角形のピラミッド型の孔が、装置表面の全反射効果及びｐ型の窒化物半導体スタックの光吸収効果の両者を効果的に減じることができる。さらに、発光効率は増大することができる。加えて、透明導電性の酸化物層の光透過率は、従来の薄い金属層の光透過率よりも良好である。一定にして、本発明は装置の発光効率を多大に改善でき、低い操作電圧の装置を提供できる。
【００１４】
本発明の前述及び他の目的は、様々な図面で例示される好ましい実施態様の下記の詳細な記載によって、当業者に明白となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に基づく発光装置の図である図１を参照する。発光装置は、サファイア基板１０と、サファイア基板上に形成された窒化物バッファー層１１と、窒化物バッファー層１１上に形成されたｎ型の窒化物半導体スタック１２とを含み、ここで基板から離れたｎ型の窒化物半導体スタック１２の表面は第一表面及び第二表面と、第一表面上に形成された窒化物多重量子井戸構造の発光層１３と、窒化物多重量子井戸構造の発光層１３上に形成されたｐ型の窒化物半導体スタック１４とを含み、ここで窒化物多重量子井戸構造の発光層１３から離れたｐ型の窒化物半導体スタック１４の表面は、複数の六角形のピラミッド型の孔１４１を含み、透明導電性の酸化物層１５がｐ型の窒化物半導体スタック１４と六角形のピラミッド型の孔１４１の上に形成されて、ここで透明導電性の酸化物層１５の物質は孔の内面１４１１に接触し、ｎ型電極１６がｎ型の窒化物半導体スタック１２の第二表面上に形成され、ｐ型電極１７が透明導電性の酸化物層１５上に形成される。図２は、複数の六角形のピラミッド型の孔１４１を有するｐ型の窒化物半導体スタック１４の図である。
【００１６】
孔の内面１４１１と透明導電性の酸化物層１５との間に形成された接触抵抗は、ｐ型の窒化物半導体スタック１４の平らな外面１４０と透明導電性の酸化物層１５との間に形成された接触抵抗よりも低い。
【００１７】
六角形のピラミッド型の孔１４１の形状及び角度は、窒化物の結晶特性など窒化物の物理的な結晶の特性に依存する。例えば、Ｃ（０００１）サファイア基板を例にすると、各隣接するピラミッド表面間の各角度は実質的に約１２０度であり、ピラミッドの表面は（１０−１１）又は（１１−２２）の格子表面群を含む。
【００１８】
六角形のピラミッド型の孔１４１の形成方法は、下記に示すように、少なくとも一つのステップ又は二つ以上のステップを含む。
【００１９】
１．六角形のピラミッド型の孔１４１の初期層が形成し始めた場合、ｐ型の窒化物半導体スタック１４の表面又はｐ型の窒化物半導体スタック１４の内側に六角形のピラミッド型の孔１４１を形成するように、Ｓｉ又はＭｇなどの界面活性剤は、六角形のピラミッド型の孔１４１の結晶核形成を変形するために提供できる。
【００２０】
２．ｐ型の窒化物半導体スタック１４の表面又はｐ型の窒化物半導体スタック１４の内側に六角形のピラミッド型の孔１４１を形成するように、六角形のピラミッド型の孔１４１の初期層は、結晶核形成を変形するためのエピタキシャル温度７００℃と９５０℃との間で形成する。
【００２１】
３．ｐ型の窒化物半導体スタック１４の表面又はｐ型の窒化物半導体スタック１４の内側に六角形のピラミッド型の孔１４１を形成するように、六角形のピラミッド型の孔１４１の初期層は、結晶核形成を変形するための窒素が豊富な雰囲気で形成する。
【００２２】
４．ｐ型の窒化物半導体スタック１４が形成した後、ｐ型の窒化物半導体スタック１４の表面は、六角形のピラミッド型の孔１４１を形成するために、高温度のＨ３ＰＯ４などで化学湿式エッチング処理を実行することによってエッチングできる。
【００２３】
５．最初に、小型の六角形のピラミッド型の孔がエピタキシャル成長によって形成される。その後、発光効率を改善するように、大型の六角形のピラミッド型の孔１４１が小型の六角形のピラミッド型の孔に化学湿式エッチング処理を実行することによって形成できる。六角形のピラミッド型の孔１４１がエピタキシャル成長によって直接的に形成された場合、エピタキシャル質を減じて、かつLEDの電気的な特性に影響を及ぼすエピタキシャル欠損が生じるように、ストレスが六角形のピラミッド型の孔１４１の端部に生じる。しかしながら、最初に、小型の六角形のピラミッド型の孔がエピタキシャル成長によって形成され、次いで、小型の六角形のピラミッド型の孔をより大きくて深くするように、化学湿式エッチング処理によってエッチングされた場合、これは六角形のピラミッド型の孔１４１のエピタキシャル層の損傷を回避することができ得る。
【００２４】
本発明の六角形のピラミッド型の孔１４１の密度は、１ｘ１０７ｃｍ−２乃至１ｘ１０１１ｃｍ−２の範囲内となることができる。本発明の六角形のピラミッド型の孔１４１の最良の密度範囲を示す図３を参照する。図３から、六角形のピラミッド型の孔１４１の密度が１ｘ１０８ｃｍ−２から２ｘ１０９ｃｍ−２まで高まる場合、輝度は１１７ｍｃｄから１５０ｍｃｄまで高まる。これは、六角形のピラミッド型の孔１４１の密度が高まることはＬＥＤの輝度を改善することを示す。
【００２５】
六角形のピラミッド型の孔１４１の上部の対角線の長さは、１０ｎｍ乃至１μｍの範囲内である。六角形のピラミッド型の孔１４１の対角線の長さの最良の範囲を示す図４を参照する。図４から、六角形のピラミッド型の孔１４１の対角線の長さが１２２ｎｍから１６８ｎｍまで長くなる場合、輝度は１２８ｍｃｄから１７３ｍｃｄまで高まり、六角形のピラミッド型の孔が大きくなると、ＬＥＤの輝度が明るくなることを意味する。
【００２６】
本発明の六角形のピラミッド型の孔１４１の深さは、１０ｎｍ乃至１μｍの範囲内である。六角形のピラミッド型の孔１４１の深さの最良の範囲を示す図５を参照する。図５から、六角形のピラミッド型の孔１４１の深さが６０ｎｍから１２５ｎｍまで深くなる場合、輝度は１３０ｍｃｄから１５０ｍｃｄまで高まる。すなわち、六角形のピラミッド型の孔が深くなると、ＬＥＤの輝度が明るくなる。
【００２７】
六角形のピラミッド型の孔１４１の底部は発光層１３よりも上であることを注意する。六角形のピラミッド型の孔１４１の底部が発光層１３まで延在する場合、ＬＥＤの電気的な特性は劣り得る。
【００２８】
さらに、透明導電性の酸化物層１５と接触する各六角形のピラミッド型の孔１４１の周囲は、不連続又は破損するのではなくて、連続するように、透明導電性の酸化物層１５は、六角形のピラミッド型の孔１４１の周辺を満たし、覆うように十分に厚くすべきである。そうでなければ、電流は、透明導電性の酸化物層１５と接触する六角形のピラミッド型の孔１４１の内面の低抵抗の接触により、窒化物半導体スタック１４に通過しないこともあり、したがって、操作電圧が高まるだろう。
【００２９】
六角形のピラミッド型の孔１４１の平均の深さ、透明導電性の酸化物層１５の厚さ、及び操作電圧の表である図６を参照する。この実施例は、六角形のピラミッド型の孔１４１を有する窒化物ＬＥＤであり、その孔の平均の深さは１５０ｎｍである。７０ｎｍと２２０ｎｍの透明導電性の酸化物層１５の異なる厚さが、窒化物半導体スタック１４上にそれぞれ形成されると仮定する。電流が２０ｍＡの場合、７０ｎｍの透明導電性の酸化物層１５でのＬＥＤの操作電圧は約３．６Ｖである。しかしながら、２２０ｎｍの透明導電性の酸化物層１５でのＬＥＤの操作電圧は同じ条件で約３．３Ｖである。これは、透明導電性の酸化物層１５の厚さが十分な場合、操作電圧を削減できることを意味する。
【００３０】
光の波長が３００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内である場合、透明導電性の酸化物層１５の透過率は５０％よりも高い。透明導電性の酸化物層１５は、電子ビーム蒸発装置、スパッター（ｓｐｕｔｔｅｒ）、サーマルコーター（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏａｔｅｒ）、又はそのような列記した任意の組み合わせによって形成できる。透明導電性の酸化物層１５を形成する一方、ＬＥＤの操作電圧を効果的に減じるために低い抵抗接触の領域が増大されるように、最良の手法は六角形のピラミッド型の孔１４１を満たすことである。
【００３１】
加えて、透明導電性の酸化物層１５が六角形のピラミッド型の孔１４１を満たした後、透明導電性の酸化物層１５の表面は六角形のピラミッド型の孔１４１の特性を有しない。換言すると、六角形のピラミッド型の孔１４１の下と上で物質の屈折率の差異が最大化されるべきであり、光取出し効果が改善できる。したがって、透明導電性の酸化物層１５の屈折率は、窒化物物質の屈折率とパッケージ物質の屈折率との間となるべきである。好ましくは、透明導電性の酸化物層１５と窒化物物質との屈折率の差異の絶対値は、透明導電性の酸化物層１５とパッケージ物質との屈折率の差異の絶対値よりも高い。
【００３２】
図７は、３種類のＬＥＤにおける光の強度と操作電流のグラフの比較を示し、ここでＬＥＤ−Ａは本発明の六角形のピラミッド型の孔１４１及び透明導電性の酸化物層１５を有するＬＥＤであり、ＬＥＤ−Ｂは薄い金属層を有するが六角形のピラミッド型の孔１４１を有しないＬＥＤであり、ＬＥＤ−Ｃは導電性の酸化物層を有するが六角形のピラミッド型の孔１４１を有しないＬＥＤである。図７から、ＬＥＤ−Ｂは、薄い金属層の光の透過率が導電性の酸化物層の光の透過率よりも劣るので、不完全な発光特性を有し輝度が低い。従来の薄い金属層が透明導電性の酸化物層と置き換わったＬＥＤ−Ｃは良好な光の透過率を有し、それによって発光効果を改善し、発光効率を高める。しかしながら、ＬＥＤ−Ａは、発光領域の合計を増加し、発光層上の半導体スタックのすべての反射効果及び光吸収によって引き起こされた光損失を減じる六角形のピラミッド型の孔１４１を利用する。したがって、ＬＥＤ−Ａは輝度及び発光効率を多大に高めることができる。
【００３３】
図８は３種類のＬＥＤにおける正の電流対電圧の比較グラフを示し、ここでＬＥＤ−Ａは本発明の六角形のピラミッド型の孔１４１及び透明導電性の酸化物層１５を有するＬＥＤであり、ＬＥＤ−Ｂは薄い金属層を有するが六角形のピラミッド型の孔１４１を有しないＬＥＤであり、ＬＥＤ−Ｃは導電性の酸化物層を有するが六角形のピラミッド型の孔１４１を有しないＬＥＤである。図８から、薄い金属層を有するＬＥＤ−Ｂの操作電圧は３種類のＬＥＤのうち最も低い。不完全なオーミック接触により、導電性の酸化物層を有するＬＥＤ−Ｃの操作電圧は非常に高い。例えば、電流が２０ｍＡである場合、ＬＥＤ−Ｃの操作電圧は５Ｖよりも大きい。それにも関わらず、導電性の酸化物層及び六角形のピラミッド型の孔１４１を有するＬＥＤ−Ａの操作電圧は、ＬＥＤ−Ｂと同様の操作電圧まで減じることができる。したがって、本発明は良好な性能を提供できる。
【００３４】
本発明による発光装置の第二実施態様である図９を参照する。発光装置のｎ型の窒化物半導体スタック１２の第二表面はさらに、ｎ型電極の接触領域１２１及び電極との非接触領域１２２を含む。ｎ型電極１６は、ｎ型電極の接触領域１２１上に形成される。電極との非接触領域１２２はさらに、高効率の発光表面を含む。粗い表面又は複数の六角形のピラミッド型の孔は、高効率の発光表面にエッチング処理をなすか、又はエピタキシャル成長をすることによって形成される。この実施態様において、発光装置は粗い表面１２３を含む。電極との非接触領域１２２の粗い表面１２３により、基板１０とｎ型の窒化物半導体スタック１２との間で反射された側面の光が減少できて、ＬＥＤの発光効率を高めるために側面の光は効果的に放射できる。
【００３５】
本発明による発光装置の第三実施態様である図１０を参照する。発光装置はまた、粗い表面１２３で、かつ電極との非接触領域１２２上に形成された第二の透明導電性の酸化物層１８を含み、さらに、第二の透明導電性の酸化物層１８はｎ型電極１６と接触し、第二の透明導電性の酸化物層１８での電流の広がりが良好となる。さらに、第二の透明導電性の酸化物層１８の屈折率が窒化物物質の屈折率とパッケージ物質の屈折率との間である場合、発光効率は改善される。
【００３６】
上述の実施態様において、透明導電性の酸化物層は、ｎ型電極１６とｎ型の窒化物半導体スタック１２の第二表面のｎ型電極との接触表面１２１との間に形成できる。
【００３７】
上述の実施態様において、透明導電性の酸化物層は、ｎ型電極としてみなすことができる。
【００３８】
上述の実施態様において、ｎ型電極との接触表面１２１は、複数の六角形のピラミッド型の孔を含む。
【００３９】
上述の実施態様において、サファイア基板１０は、０と１０度との間のオフアングル（ｏｆｆ  ａｎｇｌｅ）を有する。サファイア基板１０は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、及びガラスで構成する群から選択される物質で成る基板によって代替できる。
【００４０】
上述の実施態様において、窒化物バッファー層１１は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなる。ｎ型の窒化物半導体スタック１２は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなる。窒化物多重量子井戸構造の発光層１３は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなる。ｐ型の窒化物半導体スタック１４は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなる。透明導電性の酸化物層１５及び１８は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、酸化カドミウムスズ（ＣＴＯ）（ｃａｄｍｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、酸化アンチモンスズ（ａｎｔｉｍｏｎｙ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウム亜鉛（ｉｎｄｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、酸化亜鉛アルミニウム（ｚｉｎｃ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｏｘｉｄｅ）及び酸化亜鉛スズ（ｚｉｎｃ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）からなる。
【００４１】
本発明の教示によって、本装置及び方法の多数の修正及び変形が成されることは当業者に容易に理解される。したがって、上述の開示は、単に請求項の範囲によってのみ限定されるように解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による発光装置の第一実施態様の図である。
【図２】本発明による複数の六角形のピラミッド型の孔のｐ型の窒化物半導体スタックの図である。
【図３】本発明の発光装置の輝度と六角形のピラミッド型の孔の密度の関係のグラフである。
【図４】本発明の発光装置の輝度と六角形のピラミッド型の孔の対角線の長さの関係のグラフである。
【図５】本発明の発光装置の輝度と六角形のピラミッド型の孔の深さの関係のグラフである。
【図６】六角形のピラミッド型の孔の平均の深さ、透明導電性の酸化物層の厚さ、及び操作電圧の表である。
【図７】異なるＬＥＤでの強度と操作電流の関係のグラフである。
【図８】異なるＬＥＤでの正の電流と電圧との関係のグラフである。
【図９】本発明による発光装置の第二実施態様の図である。
【図１０】本発明による発光装置の第三実施態様の図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０      サファイア基板
１１      窒化物バッファー層
１２      ｎ型の窒化物半導体スタック
１３      発光層
１４      ｐ型の窒化物半導体スタック
１５      透明導電性の酸化物層
１６      ｎ型電極
１７      ｐ型電極
１２１    ｎ型電極との接触領域
１２２    電極との非接触領域
１２３    粗い表面
１４０    平らな外面
１４１    六角形のピラミッド型の孔
１４１１  孔の内面
【図１】
2006013500.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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