(57)【要約】【課題】発光効率の高い発光装置を提供する。【解決手段】透明基板、発光スタックおよび透明接着層を有する発光装置が提供される。発光スタックは、透明基板の上部に設置され、散乱表面を有する。透明接着層は、透明基板と、発光スタックの散乱表面の間に設置される。発光スタックの屈折率は、透明接着層の屈折率とは異なっている。【選択図】図3
2006210916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板、
該透明基板の上部の発光スタックであって、第1の散乱表面を有する発光スタック、および
透明基板と第1の散乱表面の間の透明接着層、
を有する発光装置であって、発光スタックの屈折率は、透明接着層の屈折率とは異なることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
透明基板は、GaP、SiC、Al2O3およびガラスで構成される群から選定される材料を有す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】
透明接着層は、ポリイミド、ベンゾシクロブテン（BCB）、ペリフルオロシクロブタン（PFCB）およびインジウムスズ酸化物で構成される群から選定される材料を有す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】
第1の散乱表面は、粗い表面を有す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】
前記粗い表面は、複数の微細な突起を有することを特徴とする請求項4に記載の発光装置。
【請求項６】
前記微細な突起は、半球状、ピラミッド状、ピラミッド多角形状およびこれらの組み合わせで構成される群から選定される形状を有することを特徴とする請求項5に記載の発光装置。
【請求項７】
前記粗い表面は、凹凸表面を有することを特徴とする請求項4に記載の発光装置。
【請求項８】
発光スタックは、
基板上の第1の半導体層であって、第1の散乱表面を有する第1の半導体層と、
第1の半導体層の一部の上部の発光層と、
発光層の上部の第2の半導体層と、
を有す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】
第2の半導体層は、第2の拡散表面を有することを特徴とする請求項8に記載の発光装置。
【請求項１０】
さらに、第1の電極および第2の電極を有し、第1の電極は、発光層が設置されていない第1の半導体層の上部に設置され、第2の電極は、第2の半導体層の上部に設置されることを特徴とする請求項8に記載の発光装置。
【請求項１１】
さらに第1の電極と第1の半導体層の間に、第1の透明導電層を有することを特徴とする請求項10に記載の発光装置。
【請求項１２】
第1の透明導電層は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、亜鉛アルミニウム酸化物および亜鉛スズ酸化物で構成される群から選定される材料を有することを特徴とする請求項11に記載の発光装置。
【請求項１３】
さらに、第1の反応層および第2の反応層を有し、第1の反応層は、透明基板と透明接着層の間にあり、第2の反応層は、透明接着層と発光スタックの間に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１４】
第1の反応層は、SiNx、TiおよびCrで構成される群から選定される材料を有することを特徴とする請求項13に記載の発光装置。
【請求項１５】
第2の反応層は、SiNx、TiおよびCrで構成される群から選定される材料を有することを特徴とする請求項13に記載の発光装置。
【請求項１６】
第1の反応層と第2の反応層の少なくとも一つは、導電性であることを特徴とする請求項13に記載の発光装置。
【請求項１７】
第1の散乱表面は、複数の微細突起を有し、第2の反応層は、透明接着層を突き通る突起の存在によって、第1の反応層とオーム接続状態にあることを特徴とする請求項13に記載の発光装置。
【請求項１８】
微細突起は、半球状、ピラミッド状、ピラミッド多角形状およびそれらの組み合わせで構成される群から選定される形状を有することを特徴とする請求項17に記載の発光装置。
【請求項１９】
第1の散乱表面は、凹凸表面を有し、第2の反応層は、透明接着層を突き通る凹凸表面の凸部の存在によって、第1の反応層とオーム接続状態にあることを特徴とする請求項13に記載の発光装置。
【請求項２０】
発光スタックは、
基板上の第1の半導体層であって、第1の散乱表面を有する第1の半導体層と、
第1の半導体層の上部の発光層と、
発光層の上部の第2の半導体層と、
を有す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】
透明基板は導電性であることを特徴とする請求項20に記載の発光装置。
【請求項２２】
第2の半導体層は、第2の散乱表面を有することを特徴とする請求項20に記載の発光装置。
【請求項２３】
透明接着層は、導電性接着層であり、透明導電性接着層は、固有の導電性を有する高分子、および導電性材料が分散された高分子で構成される群から選定される材料を有することを特徴とする請求項20に記載の発光装置。
【請求項２４】
導電性材料が分散された高分子は、ポリイミド、ベンゾシクロブテン（BCB）およびペルフルオロシクロブタン（PFCB）で構成される群から選定されることを特徴とする請求項23に記載の発光装置。
【請求項２５】
前記導電性材料は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、亜鉛酸化物、亜鉛スズ酸化物、Au、Ni／Auで構成される群から選定される材料を有することを特徴とする請求項23に記載の発光装置。
【請求項２６】
さらに、第1の電極および第2の電極を有し、第1の電極は、第2の半導体層の上部にあり、第2の電極は、透明基板の下側にあることを特徴とする請求項20に記載の発光装置。
【請求項２７】
さらに第2の半導体層と第1の電極の間に、透明導電性層を有することを特徴とする請求項26に記載の発光装置。
【請求項２８】
透明導電層は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、亜鉛アルミニウム酸化物、亜鉛スズ酸化物で構成される群から選定される材料を有する
ことを特徴とする請求項27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、特に散乱表面を有する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光装置は、光学ディスプレイ、交通信号、データ記憶機器、通信装置、照明機器および医療用治療機器などの幅広い用途に使用されている。発光装置の発光効率を高めることは、従来技術の重要事項である。
【０００３】
図1に示すように、スネルの法則によれば、光が屈折率n1のある材料から、屈折率がn2の別の材料に向かう際、入射角が臨界角θcよりも小さい場合、光が屈折することが示されている。その他の場合、光は、2つの材料の界面で全反射される。換言すれば、発光ダイオード（LED）から生じた光線は、高屈折率の材料から界面を通って、低屈折率の材料の方に進行し、放射光に対する入射光線と反射光線の間の角度は、2θc以下となる。これは、LEDで生じた光が、高屈折率のエピタキシャル層から、基板、空気等のような低屈折率の媒体に進行するとき、光の一部が媒体内で屈折され、臨界角よりも大きな入射角を有する光の他の部分が、LEDのエピタキシャル層の方に反射されることを意味する。LEDのエピタキシャル層を取り巻く周囲の屈折率は低いため、反射光は、LED内部で数回反射され、最終的に前記反射光のある部分が吸収される。
【０００４】
「光電子装置用の半導体チップ」という米国特許出願第2002／0017652号では、不透明基板を形成する発光装置のエピタキシャル層がエッチングされ、半球状、ピラミッド状または円錐状の微細反射構造部が形成され、その後、金属反射層がエピタキシャル層上に形成される。微細反射構造部の上部には、導電性担体（シリコンウェハ）が結合され、その後、エピタキシャル層の不透明基板が除去される。発光層で生じ、微細反射構造部に入射する全ての光は、エピタキシャル層に対して逆方向に反射され、発光表面に対して垂直な方向に向かって、LEDから放射される。従って光は、これ以上臨界角による制限を受けなくなる。
【特許文献１】米国特許出願第2002／0017652号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、発光装置の発光スタック内に形成された散乱表面を利用する発光装置を提供することを課題とし、これにより光抽出効率が向上し、発光効率がさらに改善される。
【０００６】
本発明は、発光装置の光抽出効率を高め、発光効率をさらに改善する発光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述のように、本発明では透明基板と、発光スタックと、透明接着層とを有する、発光装置が提供される。発光スタックは、透明基板の上に設置され、散乱表面を有する。透明接着層は、透明基板と発光スタックの散乱表面との間に設置され、発光スタックの屈折率は、透明接着層の屈折率とは異なっている。
【０００８】
本発明のある実施例では、透明基板の材料は、GaP、SiC、Al2O3およびガラスで構成される群の中の一つから選定される。
【０００９】
本発明のある実施例では、発光スタックの材料は、AlGaInP、AlN、GaN、AlGaN、InGaNおよびAlInGaNで構成される群の中の一つから選定される。
【００１０】
本発明のある実施例では、透明接着層の材料は、ポリイミド、ベンゾシクロブテン（BCB）、ペルフルオロシクロブタン（PFCB）およびインジウムスズ酸化物で構成される群の中の一つから選定される。
【００１１】
本発明のある実施例では、散乱表面は粗い表面である。
【００１２】
本発明のある実施例では、粗い表面は、複数の微細突起を有する。微細突起の形状は、半球状、ピラミッド状、ピラミッド多角形状およびこれらの組み合わせで構成される群の中の一つから選定される。
【００１３】
本発明のある実施例では、粗い表面は、凹凸のある表面である。
【００１４】
本発明のある実施例では、発光スタックは、第1の半導体層と、発光層と、第2の半導体層とを有する。第1の半導体層は、基板上に設置され、散乱表面を有する。発光層は、第1の半導体層の一部の上部に設置される。第2の半導体層は、発光層の上部に設置される。
【００１５】
本発明のある実施例では、第2の半導体層は、別の散乱表面を有する。
【００１６】
本発明のある実施例では、発光装置は、さらに第1の電極および第2の電極を有する。第1の電極は、発光層は設置されていない第1の半導体層の上部に設置され、第2の電極は、第2の半導体層の上部に設置される。
【００１７】
本発明のある実施例では、発光装置は、さらに第1の電極と第1の半導体層の間に設置された、第1の透明導電層を有する。
【００１８】
本発明のある実施例では、第1の透明導電層の材料は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、亜鉛アルミニウム酸化物および亜鉛スス酸化物で構成される群の中の一つから選定される。
【００１９】
本発明のある実施例では、発光装置は、さらに第1の反応層および第2の反応層を有する。愛1の反応層は、透明基板と透明接着層の間に設置され、第2の反応層は、透明接着層と発光スタックの間に設置される。
【００２０】
本発明のある実施例では、第1の反応層は、導電性である。
【００２１】
本発明のある実施例では、第2の反応層は、導電性である。
【００２２】
本発明のある実施例では、第1の反応層の材料は、SiNx、TiおよびCrで構成される群の中の一つから選定される。
【００２３】
本発明のある実施例では、第2の反応層の材料は、SiNx、TiおよびCrで構成される群の中の一つから選定される。
【００２４】
本発明のある実施例では、第2の反応層は、透明接着層を突き通る複数の微細突起によって、第1の反応層とオーム接触状態にある。
【００２５】
本発明のある実施例では、第2の反応層は、透明接着層を突き通る凹凸表面の凸部によって、第1の反応層とオーム接触状態にある。
【００２６】
本発明のある実施例では、発光スタックは、第1の半導体層、発光層および第2の半導体層を有する。発光層は、第1の半導体層の上部に設置される。第2の半導体層は、発光層の上部に設置される。
【００２７】
本発明のある実施例では、透明基板は、導電性である。
【００２８】
本発明のある実施例では、透明接着層は、透明導電性接着層であり、透明導電性接着層の材料は、固有の導電性を有する高分子、分散導電性材料を有する高分子で構成される群の中の一つから選定される。
【００２９】
本発明のある実施例では、高分子は、ポリイミド、ベンゾシクロブテン（BCB）およびペルフルオロシクロブタン（PFCB）で構成される群の中の一つから選定される。
【００３０】
本発明のある実施例では、導電性材料は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、亜鉛酸化物、亜鉛スズ酸化物、AuおよびNi／Auで構成される群の中の一つから選定される。
【００３１】
本発明のある実施例では、発光装置は、さらに第1の電極および第2の電極を有する。第1の電極は、第2の半導体層の上部に設置され、第2の電極は、透明基板の下側に設置される。
【００３２】
本発明のある実施例では、発光装置は、さらに第2の半導体層と第1の電極の間に設置された、透明導電性層を有する。
【００３３】
本発明のある実施例では、透明導電層の材料は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、亜鉛酸化物、亜鉛スズ酸化物で構成される群の中の一つから選定される。
【００３４】
本発明では、透明接着層によって、透明基板と、散乱表面を有する発光スタックとが相互に結合される。発光スタックと透明接着層は、異なる屈折率を有し、発光装置の光抽出率が向上し、発光効率も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
添付図面は、さらに本発明の理解を深めるために添付され、本明細書の一部として取り込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の実施例を示しており、記載事項とともに本発明の原理の説明に援用される。
【００３６】
添付図面に示されている本発明の好適実施例を参照して、本発明の詳細を説明する。図面および記述において、同じまたは同様の部品を示す際には、同じ参照符号が使用される。
【００３７】
図2には、本発明の光場の概略図を示す。図2では、発光層13で生じた光1Aが、散乱表面Sの方に誘導され、光1Aの一部は、透明基板10に屈折され、光場1Bが形成され、光1Aの別の部分は、散乱表面Sによって散乱され、光場1Cが形成される。本発明は、散乱表面Sの存在を利用して、臨界角に制限されて散乱後に発光層13の方に反射される光を形成し、この光は、発光層13の前方から抽出され、光抽出効率が高まる。散乱光の一部が、散乱表面Sの方に全反射する場合、光は、再度散乱して入射角が変化し、これにより光抽出効率を改善することができる。従って、光を何回内部反射させても、光は、散乱表面Sで散乱され、光抽出率が高まり、発光効率が高まる。
【００３８】
図3には本発明の好適実施例による、発光装置の概略断面図を示す。発光装置100は、透明基板110、透明接着層120、発光スタック130、第1の電極140および第2の電極150を有する。本発明のある実施例では、透明基板110の材料は、GaP、SiC、Al2O3およびガラスで構成される群の中の一つから選定される。透明接着層120は、透明基板110上に設置され、透明接着層120の材料は、ポリイミド、ベンゾシクロブテン（BCB）、ペリフルオロシクロブタン（PFCB）またはインジウムスズ酸化物であっても良い。発光スタック130は、第1の半導体層132、発光層134および第2の半導体層136を有し、発光スタック130の屈折率は、透明接着層120の屈折率とは異なる。第1の半導体層132は、透明接着層120を介して透明基板110に設置され、透明接着層120に隣接する散乱表面122を有する。第1の半導体層132、発光層134および第2の半導体層136の材料は、AlGaInP、AlN、GaN、AlGaN、InGaNまたはAlInGaNである。第1の半導体層132の上部表面は、エピタキシャル領域および電極領域を有する。発光層134は、第1の半導体層132のエピタキシャル領域の上に形成される。第2の半導体層136は、発光層134の上に形成される。第2の電極150は、第2の半導体層136の上に形成される。図4では、第2の半導体層136の上部表面は、別の散乱表面136aを有し、これにより、光抽出効率が向上する。
【００３９】
透明基板110上に、図3および4に示すような、第1の半導体層132と、発光層134と、第2の半導体層136とを形成するため、エピタキシー法が使用される。これらの層は、エピタキシー処理の間の誘導結合プラズマ（ICP）法のような、湿式エッチングまたは乾式エッチングにより、第1の半導体層132の一部をエッチングすることによって形成しても良い。粗い表面を有する発光ダイオードは、透明接着層120により、透明基板110に設置される。
【００４０】
本発明の別の実施例では、第1の半導体層132の散乱表面122は、複数の微細突起を有し、透明接着層120を介して、透明基板110に取り付けられる。微細突起の形状は、半球状、ピラミッド状またはピラミッド多角形状であっても良い。微細突起のため、散乱表面は粗くなり、光抽出効率が高まる。
【００４１】
本発明のある実施例では、図5のように、第1の透明導電層180が、第1の電極140と第1の半導体層132の間に選択的に設置される。第1の透明導電層180の材料は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、亜鉛アルミニウム酸化物または亜鉛スズ酸化物で構成される。同様に、第2の透明導電層190は、第2の半導体層136と第2の電極150の間に選択的に設置される。第2の透明導電層190の材料は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、亜鉛アルミニウム酸化物または亜鉛スズ酸化物で構成される。
【００４２】
また図6では、第1の反応層160が、透明基板110と透明接着層120の間に選択的に設置され、第2の反応層170が、透明接着層120と第1の半導体層132の間に選択的に設置され、これにより、透明接着層120の密着性が向上する。第1の反応層160および第2の反応層170の材料は、SiNx、TiまたはCrであっても良い。
【００４３】
図7には、本発明の別の好適実施例の発光装置である、垂直構造発光装置200の概略断面図を示す。透明基板110は、導電性基板である。下側に第2の反応層170を有する第1の半導体層132は、ゲル状透明接着層120に結合され、第2の反応層170の突起部は、透明接着層120を突き通り、第1の反応層160とオーム接続する。第1の反応層160および第2の反応層170は、いずれも導電性であるためである。次に第1の電極140および第2の電極150が、それぞれ、透明基板110の底部表面および第2の半導体層136の上部表面に形成される。同様に、透明導電層（図示されていない）は、第2の電極150と第2の半導体層136の間に選択的に設置される。透明導電層の材料は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、亜鉛アルミニウム酸化物または亜鉛スズ酸化物で構成される。
【００４４】
図8には、本発明の別の実施例による発光装置の概略断面図を示す。図8では、発光装置300の構造は、図3に示す発光装置100の構造と同様である。これらの間の差異は、透明導電性密着層124が、透明接着層120に置き換えられ、透明基板110が、透明導電性基板112に置き換えられていることであり、発光装置300は、垂直方向において導電性である。透明導電性接着層124は、固有の導電性を有する高分子、または分散された導電性材料を含む高分子で構成される。導電性材料は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、亜鉛酸化物または亜鉛スズ酸化物、AuまたはNi／Auで構成される。第1の電極140は、透明導電性基板112の下側に形成される；第2の電極150は、第2の半導体層136の上に形成される。
【００４５】
本発明のある実施例では、発光装置300は、さらに第2の電極150と第2の半導体層136の間に設置された、透明導電層（図示されていない）を有する。透明導電層の材料は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、亜鉛アルミニウム酸化物または亜鉛スズ酸化物で構成される。
【００４６】
本発明は、散乱表面を持つ透明接着層によって、透明基板と発光スタックとが相互に組み合わされる。発光スタックおよび透明接着層は、異なる屈折率を有し、発光装置の光抽出率が向上し、発光効率も向上する。
【００４７】
本発明の範囲および思想から逸脱しないで、本発明の構造の各種変更および修正を行うことができることは、当業者には明らかである。前述のように、本発明は、特許請求の範囲およびそれと等価な事項の範囲内にある、本発明の修正および変更をも網羅することに留意する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】スネルの法則の概略図である。
【図２】本発明の光場の概略図である。
【図３】本発明の好適実施例による発光装置の断面概略図である。
【図４】本発明の好適実施例による2つの散乱表面を有する発光装置の断面概略図である。
【図５】本発明の好適実施例による透明導電層を有する発光装置の断面概略図である。
【図６】本発明の好適実施例による反応層を有する発光装置の断面概略図である。
【図７】本発明の別の好適実施例による発光装置の断面概略図である。
【図８】本発明の別の好適実施例による発光装置の断面概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
１３、１３４  発光層、
１００、２００，３００    発光装置、
１１０        透明基板、
１２０        透明接着層、
１２２        散乱表面、
１３０        発光スタック、
１３２        第1の半導体層、
１３６        第2の半導体層、
１３６ａ      別の散乱表面、
１４０        第1の電極、
１５０        第2の電極、
１６０        第1の反応層、
１７０        第2の反応層、
１８０        第1の透明導電層、
１９０        第2の透明導電層。
【図１】
2006210916.tif 000003
【図２】
2006210916.tif 000004
【図３】
2006210916.tif 000005
【図４】
2006210916.tif 000006
【図５】
2006210916.tif 000007
【図６】
2006210916.tif 000008
【図７】
2006210916.tif 000009
【図８】
2006210916.tif 000010