(57)【要約】【課題】  半導体発光装置において、光取り出し効率を改善する。【解決手段】  上面１２Ａと、上面１２Ａに設けられている複数のバンプ３０とを有し、バンプ３０は上面１２Ａに対して実質的に平行な頂面３２を有している基板１２；バンプ３０の間の基板１２に向きかつバンプ３０から間隔が置かれた複数の第１の突出部４４を有し、基板１２上に配置された第１の導電型の半導体層１４；第１の導電型の半導体層１４上に配置された発光構造；および発光構造上に配置された第２の導電型の半導体層を備える。第１の導電型の半導体１４層が、バンプ３０の頂面３２に向いている複数の第２の突出部４２をさらに備えることが好ましい。【選択図】図５
2011114337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面と、前記上面に設けられている複数のバンプとを有し、前記バンプは前記上面に対して実質的に平行な頂面を有している基板、
前記バンプの間の基板に向きかつ前記バンプから間隔が置かれた複数の第１の突出部を有し、前記基板上に配置された第１の導電型の半導体層、
前記第１の導電型の半導体層上に配置された発光構造、および
前記発光構造上に配置された第２の導電型の半導体層、
を備える半導体発光装置。
【請求項２】
前記第１の導電型の半導体層が、前記バンプの頂面に向いている複数の第２の突出部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記第２の突出部と前記バンプの頂面とが隙間により隔離されていることを特徴とする請求項２記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記第２の突出部が前記バンプの頂面に接触していることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記第１の突出部と前記バンプとが隙間により隔離されていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記バンプが複数の壁面と複数の傾斜面とを有しており、前記傾斜面が前記頂面と前記壁面との間に介在されており、かつ各傾斜面は２つの壁面の間に位置していることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記壁面と前記傾斜面との傾斜度が異なっており、前記壁面と前記傾斜面とが連続するとともに内包角が９０度および１８０度の間であり、前記壁面が弧状をなしていることを特徴とする請求項６記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記バンプが、前記頂面と繋がっている複数の分岐を有する稜部分を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記バンプが、
前記分岐の間に介在されている複数の壁面と、
前記分岐における前記基板の上面に隣接する末端に設けられている複数の傾斜面と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記壁面と前記傾斜面との傾斜度が異なっており、前記壁面が弧状をなしていることを特徴とする請求項９記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記バンプが３つの傾斜面を備えたことを特徴とする請求項９記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
前記バンプが３つの分岐を備えたことを特徴とする請求項８記載の半導体発光装置。
【請求項１３】
前記頂面がダーツ状をなしていることを特徴とする請求項８記載の半導体発光装置。
【請求項１４】
前記バンプが前記上面に規則的に設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項１５】
前記バンプが複数の奇数列と複数の偶数列に配置されるとともに、前記偶数列の各バンプが隣接する前記奇数列の２つのバンプの間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項１６】
上面と、前記上面に規則的に配置されている複数のバンプとを有する基板、
前記バンプの間の基板に向くとともに前記バンプから間隔が置かれた複数の第１の突出部を有し、前記基板上に配置された第１の導電型の半導体層、
前記第１の導電型の半導体層上に配置された発光構造、および
前記発光構造上に配置された第２の導電型の半導体層、
を備えてた半導体発光装置において、
前記第１の突出部が前記第１の導電型の半導体層の外縁領域に環状に設けられ、かつ前記第１の導電型の半導体層の外縁領域が前記第１の突出部と前記基板とを隔離する隙間を有していることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項１７】
前記隙間が不連続状であることを特徴とする請求項１６記載の半導体発光装置。
【請求項１８】
前記隙間が連続状であることを特徴とする請求項１６記載の半導体発光装置。
【請求項１９】
前記第１の導電型の半導体層が、前記バンプの頂面に向いている複数の第２の突出部をさらに備えたことを特徴とする請求項１６記載の半導体発光装置。
【請求項２０】
前記第２の突出部と前記バンプの頂面とが隙間により隔離されていることを特徴とする請求項１９記載の半導体発光装置。
【請求項２１】
前記第２の突出部が前記バンプの頂面に接触していることを特徴とする請求項１９記載の半導体発光装置。
【請求項２２】
前記バンプが複数の奇数列と複数の偶数列に配置されるとともに、前記偶数列の各バンプが隣接する前記奇数列の２つのバンプの間に設けられていることを特徴とする請求項１６記載の半導体発光装置。
【請求項２３】
前記外縁領域の幅が０．５および１０マイクロメートルの間であることを特徴とする請求項１６記載の半導体発光装置。
【請求項２４】
前記バンプが頂面と複数の壁面と複数の傾斜面とを有しており、前記傾斜面が前記頂面と前記壁面との間に介在されており、かつ各傾斜面は２つの壁面の間に位置していることを特徴とする請求項１６記載の半導体発光装置。
【請求項２５】
前記壁面と前記傾斜面との傾斜度が異なっており、前記壁面と前記傾斜面とが連続するとともに内包角が９０度および１８０度の間であり、前記壁面が弧状をなしていることを特徴とする請求項２４記載の半導体発光装置。
【請求項２６】
前記バンプが、頂面と、前記頂面と繋がっている複数の分岐を有する稜部分とを備えたことを特徴とする請求項１６記載の半導体発光装置。
【請求項２７】
前記バンプが、
前記分岐の間に介在されている複数の壁面と、
前記分岐における前記基板の上面に隣接する末端に設けられている複数の傾斜面と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項２６記載の半導体発光装置。
【請求項２８】
前記壁面と前記傾斜面との傾斜度が異なっており、前記壁面が弧状をなしていることを特徴とする請求項２７記載の半導体発光装置。
【請求項２９】
前記バンプが３つの傾斜面を備えたことを特徴とする請求項２７記載の半導体発光装置。
【請求項３０】
前記バンプが３つの分岐を備えたことを特徴とする請求項２６記載の半導体発光装置。
【請求項３１】
前記頂面がダーツ状をなしていることを特徴とする請求項２６記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、より詳しくは、基板の上面に対して実質的に平行な頂面を有するバンプおよび各々がバンプの間の基板の部分に面しかつバンプから間隔が置かれた突出部を有する第１の導電型の半導体層を形成することによって改善された光取り出し効率を備えた半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光装置が、信号機、車両の電子機器、ＬＣＤバックライト、および全般照明に広く使用されてきた。発光ダイオードにおいて、ｎ型半導体層、発光領域およびｐ型半導体層が基板上に成長せしめられて重層構造を形成し、電極がｐ型半導体層とｎ型半導体層の上に形成されている。光は、半導体層を通って発光領域に注入された電子と正孔の再結合により発せられ、次いで、ｐ型半導体層上の光透過電極を通して、または基板から放出される。可視光発光ダイオードの調製に使用される材料としては、緑色、黄色、オレンジまたは赤色の発光ダイオードに関するＡｌＧａＩｎＰ、青色または紫外光発光ダイオードに関するＧａＮなどのＩＩＩ−Ｖ化合物が挙げられ、ＧａＮ発光ダイオードはサファイア基板上に形成される。
【０００３】
発光層により発せられた光ビームを発光装置の外部に取り出すことは、半導体発光装置において改善すべき重要な課題の１つである。研究者達は、発光層により発せられた上向きの光ビームが発光装置の外部への伝搬経路で遮られるのを防ぐために従来の発光装置においては透明電極を使用しているか、または発光層により発せられた下向きの光ビームを発光装置の頂部に戻すように反射させるために反射層を使用している。しかしながら、上向きの光ビームおよび下向きの光ビームに加え、発光層は、他の方向にも光ビームを放出し、それらの光ビームの一部は、全反射効果のために発光装置の内部に反射される。その結果、それらの光ビームは、発光装置の外部に伝搬するよりもむしろ、発光層により吸収されてしまうであろう。
【０００４】
特許文献１には、基板の表面部分に少なくとも１つの凹部および／または突出部分を有する半導体発光装置が開示されている。この凹部および／または突出部分は、結晶欠陥が半導体層に生じるのを防ぐ形状を有している。その上、特許文献２には、第１の層（基板）の表面に形成された起伏、および起伏を満たすように成長されられた、第１の層の屈折率とは異なる屈折率を有する第２の層を有する半導体発光素子が開示されている。さらに、第１の結晶が、結晶相の起伏形状で成長させられてもよく、これが結晶成長の土台となる。そのような起伏屈折率界面が形成された後、第１の層の屈折率とは異なる屈折率を有する半導体結晶相がその上に積層される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】台湾国特許第５６１６３２号明細書
【特許文献２】台湾国特許第５３６８４１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様の１つは、基板の上面に対して実質的に平行な頂面を有するバンプおよび各々がバンプの間の基板の部分に面しかつバンプから間隔が置かれた突出部を有する第１の導電型の半導体層を形成することによって改善された光取り出し効率を備えた半導体発光装置を提供する。
【０００７】
本発明のこの態様による半導体発光装置は、上面とこの上面に配置された複数のバンプを含む基板、基板上に配置された第１の導電型の半導体層、この第１の導電型の半導体層上に配置された発光構造、およびこの発光構造上に配置された第２の導電型の半導体層を備えている。本発明の実施の形態の１つにおいて、バンプの各々は、上面に対して実質的に平行な頂面を有し、第１の導電型の半導体層は、各々がバンプの間の基板の部分に面した複数の突出部を備え、これらの突出部はバンプから間隔が置かれている。
【０００８】
前述のものは、以下の本発明の詳細な説明がよりよく理解されるように、本発明の特徴および技術的利点をむしろ広く要点をまとめて述べたものである。本発明の追加の特徴および利点は、以下に記載されており、本発明の特許請求の範囲の主題を形成する。開示された概念および特定の実施の形態は、本発明の同じ目的を実施するための他の構造またはプロセスを改変または設計するための根拠として容易に利用してよいことが当業者には等界されるであろう。そのような同等の構成は、添付の特許請求の範囲に述べられた本発明の精神および範囲から逸脱しないことが当業者に理解されるであろう。
【０００９】
本発明の目的および利点は、以下の説明を読み、添付の図面を参照した際に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体発光装置の平面図
【図２】図１の線１−１に沿った断面図
【図３】本発明の第１の実施の形態による基板の平面図
【図４】本発明の第１の実施の形態による基板の走査型電子顕微鏡画像
【図５】本発明の実施の形態の１つによる図１の線１−１に沿った拡大断面図
【図６】本発明の実施の形態の１つによる図１の線２−２に沿った拡大断面図
【図７】拡大区域の走査型電子顕微鏡画像
【図８】本発明の別の実施の形態による図１の線１−１に沿った拡大断面図
【図９】本発明の別の実施の形態による図１の線２−２に沿った拡大断面図
【図１０】本発明の第２の実施の形態による半導体装置の平面図
【図１１】図１０の線３−３に沿った断面図
【図１２】図１０の半導体発光装置の基板の全景を示す斜視図
【図１３】本発明の実施の形態の１つによる図１０の線３−３に沿った拡大断面図
【図１４】本発明の実施の形態の１つによる図１０の線４−４に沿った拡大断面図
【図１５】本発明の別の実施の形態による図１０の線３−３に沿った拡大断面図
【図１６】本発明の別の実施の形態による図１０の線４−４に沿った拡大断面図
【図１７】本発明の第３の実施の形態による半導体発光装置の平面図
【図１８】図１７の線５−５に沿った断面図
【図１９】本発明の第３の実施の形態による基板の全景を示す斜視図
【図２０】本発明の第３の実施の形態による基板の走査型電子顕微鏡画像
【図２１】本発明の実施の形態の１つによる図１７の線５−５に沿った拡大断面図
【図２２】本発明の実施の形態の１つによる図１７の線６−６に沿った拡大断面図
【図２３】本発明の別の実施の形態による図１７の線５−５に沿った拡大断面図
【図２４】本発明の別の実施の形態による図１７の線６−６に沿った拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施の形態による半導体発光装置１０の平面図であり、図２は、図１の断面線１−１に沿った断面図である。半導体発光装置１０は、複数のバンプ３０を有する基板１２、基板１２上に配置されたｎ型半導体層１４、ｎ型半導体層１４上に配置された発光構造１６、発光構造１６上に配置されたｐ型半導体層１８、ｐ型半導体層１８上に配置された接触層２０、接触層２０上に配置された透明導電層２２、ｎ型半導体層１４上に配置された第１の電極２４、および透明導電層２２上に配置された第２の電極２６を備えている。
【００１２】
図３は、本発明の第１の実施の形態による基板１２の平面図であり、図４は、本発明の第１の実施の形態による基板１２の走査型電子顕微鏡画像である。本発明の実施の形態の１つにおいて、基板１２は上面１２Ａを有し、この上面１２Ａ上にはバンプ３０が規則的に配置されている。バンプ３０は、複数の奇数列と複数の偶数列に配置され、偶数列のバンプ３０の各々は、奇数列の隣接する２つのバンプ３０の間に、ある間隔で配置されている。バンプ３０の高さは０．５および５マイクロメートルの間であり、隣接する２つのバンプ３０の間の間隔は０．５および１０マイクロメートルの間であり、バンプ３０の幅は０．５および５マイクロメートルの間である。
【００１３】
各バンプ３０は、頂面３２、３つの壁面３４、および頂面３２と壁面３４との間に挟まれた３つの傾斜面３６を有し、傾斜面３６の各々は、壁面３４の内の２つの間にある。バンプ３０の壁面３４および傾斜面３６は異なる傾斜角を有する。傾斜角とは、上面１２Ａと壁面３４（または傾斜面３６）との間の角度である。壁面３４および傾斜面３６は連結されており、傾斜面３６と壁面３４との間の内包角は９０および１８０度の間である。その上、バンプ３０は、３つの角を持つベース面３８を有し、これらの角の接続は弧状であり、すなわち、壁面３４は弧状である。
【００１４】
図５は、図１の断面線１−１に沿った拡大断面図であり、図６は、図１の断面線２−２に沿った拡大断面図であり、図７は、本発明の実施の形態の１つによる拡大区域の走査型電子顕微鏡画像である。本発明の実施の形態の１つにおいて、第１の導電型の半導体層１４は、各々がバンプ３０の間の基板１２の上面１２Ａの部分に面した複数の突出部４４を有する。さらに、第１の導電型の半導体層１４は、必要に応じて、各々がバンプ３０の頂面３２に向いた複数の突起４２を有していてもよい。本発明の実施の形態の１つにおいて、図１に示されるように、突出部４４は、第１の導電型の半導体層１４の外縁領域４０に環状で配置されており、この外縁領域４０の幅は、５および１０マイクロメートルの間である。
【００１５】
本発明の実施の形態の１つにおいて、突出部４４は、空隙４６などの間隙によりバンプ３０および上面１２Ａから間隔が置かれている。さらに、突起４２が空隙４６によりバンプ３０の頂面３２から間隔が置かれている。突起４２，突出部４４、空隙４６、頂面３２、壁面３４および傾斜面３６は、発光構造１６により発せられた光ビームを半導体発光装置１０の外部に散乱および／または分散するように構成されている。その結果、光取り出し効率を改善するように、発光装置１０内の光ビームの全反射を、光ビームが発光構造１６により吸収されるのを防ぐほど劇的に減少させることができる。
【００１６】
図８は、図１の断面線１−１に沿った拡大断面図であり、図９は、本発明の別の実施の形態による図１の断面線２−２に沿った拡大断面図である。本発明の実施の形態の１つにおいて、図１に示されるように、第１の導電型の半導体層１４は、各々がバンプ３０の間の基板１２の上面１２Ａの部分に面した複数の突出部４４’を有し、これらの突出部４４’は、第１の導電型の半導体層１４の外縁領域４０に環状で配置されており、この外縁領域４０の幅は、５および１０マイクロメートルの間である。さらに、第１の導電型の半導体層１４は、必要に応じて、図５に示した突起４２と同様に、各々がバンプ３０の頂面３２に向いた複数の突起（図８および９には示されていない）を有していてもよい。
【００１７】
本発明の実施の形態の１つにおいて、突出部４４’は、バンプ３０の間の基板１２の部分と接触し、空隙４６’などの間隙によりバンプ３０から間隔が置かれている。さらに、突出部４４’、空隙４６’、頂面３２、壁面３４および傾斜面３６は、発光構造１６により発せられた光ビームを半導体発光装置１０の外部に散乱および／または分散させるように構成されている。その結果、光取り出し効率を改善するように、発光装置１０内の光ビームの全反射を、光ビームが発光構造１６により吸収されるのを防ぐほど劇的に減少させることができる。
【００１８】
本発明の実施の形態の１つにおいて、空隙４６および４６’は、第１の導電型の半導体層１４のエピタキシャルプロセス後に、ウェットエッチングプロセスを行うことによって形成することができる。ウェットエッチングプロセスのエッチング液としては、フッ化水素酸、硝酸、リン酸、塩基溶液、または塩基溶液とアルコールの混合物が挙げられ、このエッチング液が、基板１２のバンプ３０と第１の導電型の半導体層１４との間の界面に沿ってこの第１の導電型の半導体層１４をエッチングする。突起４２は、第１の導電型の半導体層１４が、基板１２に向いた突出部４４または４４’しか有さないようにウェットエッチングプロセスにより除去してもよい。
【００１９】
本発明の実施の形態の１つにおいて、基板１２は、サファイア、シリコン、または炭化ケイ素などの透明絶縁材料を含み；ｎ型半導体層１４、発光構造１６およびｐ型半導体層１８は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＰ、およびＧａＡｓＰからなる群より選択されるＩＩＩ−Ｖ材料を含んでよく；接触層２０は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＰ、またはＧａＡｓＰなどのＩＩＩ−Ｖ材料を含み；透明導電層２２は、酸化インジウム、酸化スズまたは酸化インジウムスズを含み；発光構造１６は、ｎ型半導体層１４上のｐクラッド層とｎクラッド層との間に挟まれた量子井戸または多重量子井戸を含んでよい。その上、ｎ型半導体層１４、発光構造１６およびｐ型半導体層１８は、ＺｎＣｄＳｅ、ＺｎＭｇＳｅ、ＺｎＢａＳｅ、ＺｎＢｅＳｅ、ＺｎＣａＳｅ、ＺｎＳｒＳｅ、ＺｎＣｄＳＳｅ、ＺｎＭｇＳＳｅ、ＺｎＣｄＴｅ、ＺｎＭｇＴｅ、ＺｎＢａＴｅ、ＺｎＢｅＴｅ、ＺｎＣａＴｅ、ＺｎＳｒＴｅ、ＺｎＣｄＳＴｅおよびＺｎＭｇＳＴｅからなる群より選択されるＩＩ−ＶＩ材料を含んでもよい。特に、このエピタキシャル装置は、基板１２上にこれらの層を調製するのに使用できる。
【００２０】
本発明の実施の形態の１つにおいて、頂面３２は、基板１２の上面１２Ａに対して実質的に平行なＣ面（０，０，１）である。バンプ３０の調製は、基板の一部分を被覆する複数のパターンを有するマスクを形成し、エッチングプロセスを行って、マスクにより被覆されていない基板の一部分を除去して、パターンの下にバンプ３０を形成する各工程を含んでよい。本発明の実施の形態の１つにおいて、このエッチングプロセスは、リン酸を含むエッチング液を用いたウェットエッチングプロセスである。
【００２１】
図１０は、本発明の第２の実施の形態による半導体発光装置６０の平面図であり、図１１は、図１０の断面線３−３に沿った断面図である。半導体発光装置６０は、基板６２、基板６２上に配置されたｎ型半導体層６４、ｎ型半導体層６４上に配置された発光構造６６、発光構造６６上に配置されたｐ型半導体層６８、ｐ型半導体層６８上に配置された接触層７０、接触層７０上に配置された結晶層７８、結晶層７８上に配置された透明導電層７２、ｎ型半導体層６４上に配置された第１の電極７４、および透明導電層７２上に配置された第２の電極７６を備えている。本発明の実施の形態の１つにおいて、結晶層７８は、発光効率を増加させるように、発光構造６６から発光装置６０の外部への光ビームの伝搬を改善するように構成された複数のバンプ７８Ａを有する。
【００２２】
図１２は、本発明の第２の実施の形態による基板６２の全景の斜視図である。本発明の実施の形態の１つにおいて、基板６２は、上面６２Ａおよびこの上面６２Ａ上に規則的に配置された複数のバンプ８０を有する。バンプ８０は、複数の奇数列と複数の偶数列に配置され、偶数列のバンプ８０の各々は、奇数列の隣接する２つのバンプ８０の間に、ある間隔で配置されている。バンプ８０の高さは０．５および５マイクロメートルの間であり、隣接する２つのバンプ８０の間の間隔は０．５および１０マイクロメートルの間であり、バンプ８０の幅は０．５および５マイクロメートルの間である。
【００２３】
各バンプ８０は、頂面８２、５つの壁面８４、および頂面８２と壁面８４との間に挟まれた３つの傾斜面８６を有し、傾斜面８６の各々は、壁面８４の内の２つの間にある。バンプ８０の壁面８４および傾斜面８６は異なる傾斜角を有する。傾斜角とは、上面６２Ａと壁面８４（または傾斜面８６）との間の角度である。壁面８４および傾斜面８６は連結されており、傾斜面８６と壁面８４との間の内包角は９０および１８０度の間である。その上、バンプ８０は、５つの角を持つベース面８８を有し、これらの角の接続は弧状であり、すなわち、壁面８４は弧状である。
【００２４】
図１３は、図１０の断面線３−３に沿った拡大断面図であり、図１４は、本発明の実施の形態の１つによる図１０の断面線４−４に沿った拡大断面図である。本発明の実施の形態の１つにおいて、第１の導電型の半導体層６４は、各々がバンプ８０の間の基板６２の上面６２Ａの部分に面した複数の突出部９４を有する。さらに、第１の導電型の半導体層６４は、必要に応じて、各々がバンプ８０の頂面８２に向いた複数の突起９２を有していてもよい。本発明の実施の形態の１つにおいて、図１３に示されるように、突出部９４は、第１の導電型の半導体層６４の外縁領域９０に環状で配置されており、この外縁領域９０の幅は、５および１０マイクロメートルの間である。
【００２５】
本発明の実施の形態の１つにおいて、突出部９４は、空隙９６などの間隙によりバンプ８０およびバンプ８０の間の基板６２の部分から間隔が置かれている。さらに、突起９２が空隙９６によりバンプ８０の頂面８２から間隔が置かれている。突起９２，突出部９４、空隙９６、頂面８２、壁面８４および傾斜面８６は、発光構造６６により発せられた光ビームを発光装置６０の外部に散乱および／または分散するように構成されている。その結果、光取り出し効率を改善するように、発光装置６０内の光ビームの全反射を、光ビームが発光構造６６により吸収されるのを防ぐほど劇的に減少させることができる。
【００２６】
図１５は、図１０の断面線３−３に沿った拡大断面図であり、図１６は、本発明の別の実施の形態による図１０の断面線４−４に沿った拡大断面図である。本発明の実施の形態の１つにおいて、図１０に示されるように、第１の導電型の半導体層６４は、各々がバンプ８０の間の基板６２の上面６２Ａの部分に面した複数の突出部９４’を有し、これらの突出部９４’は、第１の導電型の半導体層９４の外縁領域９０に環状で配置されており、この外縁領域９０の幅は、５および１０マイクロメートルの間である。さらに、第１の導電型の半導体層６４は、必要に応じて、図１３に示した突起９２と同様に、各々がバンプ８０の頂面８２に向いた複数の突起（図１５および１６には示されていない）を有していてもよい。
【００２７】
本発明の実施の形態の１つにおいて、突出部９４’は、バンプ８０の間の基板６２の部分と接触し、空隙９６’などの間隙によりバンプ８０から間隔が置かれている。さらに、突出部９４’、空隙９６’、頂面８２、壁面８４および傾斜面８６は、発光構造６６により発せられた光ビームを半導体発光装置６０の外部に散乱および／または分散させるように構成されている。その結果、光取り出し効率を改善するように、発光装置６０内の光ビームの全反射を、光ビームが発光構造６６により吸収されるのを防ぐほど劇的に減少させることができる。
【００２８】
本発明の実施の形態の１つにおいて、空隙９６および９６’は、第１の導電型の半導体層６４のエピタキシャルプロセス後に、ウェットエッチングプロセスを行うことによって形成することができる。ウェットエッチングプロセスのエッチング液としては、フッ化水素酸、硝酸、リン酸、塩基溶液、または塩基溶液とアルコールの混合物が挙げられ、このエッチング液が、基板６２のバンプ８０と第１の導電型の半導体層６４との間の界面に沿ってこの第１の導電型の半導体層６４をエッチングする。突起９２は、第１の導電型の半導体層６４が、基板６２に向いた突出部９４または９４’しか有さないようにウェットエッチングプロセスにより除去してもよい。
【００２９】
本発明の実施の形態の１つにおいて、基板６２は、サファイア、シリコン、または炭化ケイ素などの透明絶縁材料を含み；ｎ型半導体層６４、発光構造６６およびｐ型半導体層６８は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＰ、およびＧａＡｓＰからなる群より選択されるＩＩＩ−Ｖ材料を含んでよく；接触層７０は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＰ、およびＧａＡｓＰからなる群より選択されるＩＩＩ−Ｖ材料を含み；透明導電層７２は、酸化インジウム、酸化スズまたは酸化インジウムスズを含み；発光構造６６は、ｎ型半導体層６４上のｐクラッド層とｎクラッド層との間に挟まれた量子井戸または多重量子井戸を含んでよい。その上、ｎ型半導体層６４、発光構造６６およびｐ型半導体層６８は、ＺｎＣｄＳｅ、ＺｎＭｇＳｅ、ＺｎＢａＳｅ、ＺｎＢｅＳｅ、ＺｎＣａＳｅ、ＺｎＳｒＳｅ、ＺｎＣｄＳＳｅ、ＺｎＭｇＳＳｅ、ＺｎＣｄＴｅ、ＺｎＭｇＴｅ、ＺｎＢａＴｅ、ＺｎＢｅＴｅ、ＺｎＣａＴｅ、ＺｎＳｒＴｅ、ＺｎＣｄＳＴｅおよびＺｎＭｇＳＴｅからなる群より選択されるＩＩ−ＶＩ材料を含んでもよい。特に、このエピタキシャル装置は、基板６２上にこれらの層を調製するのに使用できる。
【００３０】
本発明の実施の形態の１つにおいて、頂面８２は、基板６２の上面６２Ａに対して実質的に平行なＣ面（０，０，１）である。バンプ８０の調製は、基板の一部分を被覆する複数のパターンを有するマスクを形成し、エッチングプロセスを行って、マスクにより被覆されていない基板の一部分を除去して、パターンの下にバンプ８０を形成する各工程を含んでよい。本発明の実施の形態の１つにおいて、このエッチングプロセスは、リン酸を含むエッチング液を用いたウェットエッチングプロセスである。
【００３１】
図１７は、本発明の第３の実施の形態による半導体発光装置１１０の平面図であり、図１８は、図１７の断面線５−５に沿った断面図である。半導体発光装置１１０は、基板１１２、基板１１２上に配置されたｎ型半導体層１１４、ｎ型半導体層１１４上に配置された発光構造１１６、発光構造１１６上に配置されたｐ型半導体層１１８、ｐ型半導体層１１８上に配置された接触層１２０、接触層１２０上に配置された結晶層１２８、結晶層１２８上に配置された透明導電層１２２、ｎ型半導体層１１４上に配置された第１の電極１２４、および透明導電層１２２上に配置された第２の電極１２６を備えている。本発明の実施の形態の１つにおいて、結晶層１２８は、発光効率を増加させるように、発光構造１１６から発光装置１１０の外部への光ビームの伝搬を改善するように構成された複数のバンプ１２８Ａを有する。
【００３２】
図１９は、本発明の第３の実施の形態による基板１１２の全景の斜視図であり、図２０は、本発明の第３の実施の形態による基板１１２の走査型電子顕微鏡画像である。本発明の実施の形態の１つにおいて、基板１１２は、上面１１２Ａおよびこの上面１１２Ａ上に規則的に配置された複数のバンプ１３０を有する。バンプ１３０は、複数の奇数列と複数の偶数列に配置され、偶数列のバンプ１３０の各々は、奇数列の隣接する２つのバンプ１３０の間に、ある間隔で配置されている。バンプ１３０の高さは０．５および５マイクロメートルの間であり、隣接する２つのバンプ１３０の間の間隔は０．５および１０マイクロメートルの間であり、バンプ１３０の幅は０．５および５マイクロメートルの間である。
【００３３】
各バンプ１３０は、頂面１３２、稜部分１４０、複数の壁面１３４、および複数の傾斜面１３６を有する。この稜部分１４０は複数の分岐１４２を有し、壁面は分岐１４２の間に挟まれており、傾斜面１３６は、分岐１４２の末端に配置され、この末端は上面１１２Ａに隣接している。本発明の実施の形態の１つにおいて、稜部分１４０は３つの分岐１４２を含み、バンプ１３０は３つの壁面１３４と３つの傾斜面１３６を含む。バンプ１３０の頂面１３２は分岐１４２と連結している、すなわち、頂面１３２は分岐１４２の中に挟まれている。その上、頂面１３２はダーツ形であって差し支えなく、稜部分１４０は壁面１３４の上にある。
【００３４】
バンプ１３０の壁面１３４および傾斜面１３６は異なる傾斜角を有する。傾斜角とは、上面１１２Ａと壁面１３４（または傾斜面１３６）との間の角度である。壁面１３４および傾斜面１３６は連結されており、傾斜面１３６と壁面１３４との間の傾斜角は９０および１８０度の間である。これらの異なる傾斜角は、発光構造１１６により発せられる光ビームを異なる反射角で反射するように構成されている。その上、バンプ１３０は、３つの角を持つベース面１３８を有し、これらの角の接続は弧状であり、すなわち、壁面１３４は弧状である。稜部分１４０、壁面１３４、傾斜面１３６、および頂面１３２は、発光構造１１６により発せられた光ビームを任意の角度で発光装置１００の外部に反射することができる。その結果、光取り出し効率を改善するように、発光装置１００内の光ビームの繰り返しの内部反射が、この光ビームが発光構造１１６により吸収されるのを防ぐほど劇的に減少する。
【００３５】
図２１は、図１７の断面線５−５に沿った拡大断面図であり、図２２は、図１７の断面線６−６に沿った拡大断面図である。本発明の実施の形態の１つにおいて、第１の導電型の半導体層１１４は、各々がバンプ１３０の間の基板１１２の上面１１２Ａの部分に面した複数の突出部１５４を有する。さらに、第１の導電型の半導体層１１４は、必要に応じて、各々がバンプ１３０の頂面１５２に向いた複数の突起１５２を有していてもよい。本発明の実施の形態の１つにおいて、図１７に示されるように、突出部１５４は、第１の導電型の半導体層１１４の外縁領域１５０に環状で配置されており、この外縁領域１５０の幅は、５および１０マイクロメートルの間である。
【００３６】
本発明の実施の形態の１つにおいて、突出部１５４は、空隙１５６などの間隙によりバンプ１３０およびバンプ１３０の間の基板１１２の部分から間隔が置かれている。さらに、突起１５２が空隙１５６によりバンプ１３０の頂面１３２から間隔が置かれている。突起１５２，突出部１５４、空隙１５６、頂面１３２、壁面１３４、傾斜面１３６、および稜部分１４０は、発光構造１１６により発せられた光ビームを発光装置１１０の外部に散乱および／または分散するように構成されている。その結果、光取り出し効率を改善するように、発光装置１１０内の光ビームの全反射を、光ビームが発光構造１１６により吸収されるのを防ぐほど劇的に減少させることができる。
【００３７】
図２３は、図１７の断面線５−５に沿った拡大断面図であり、図２４は、本発明の別の実施の形態による図１７の断面線６−６に沿った拡大断面図である。本発明の実施の形態の１つにおいて、図１７に示されるように、第１の導電型の半導体層１１４は、各々がバンプ１３０の間の基板１１２の上面１１２Ａの部分に面した複数の突出部１５４’を有し、これらの突出部１５４’は、第１の導電型の半導体層１５４の外縁領域１５０に環状で配置されており、この外縁領域１５０の幅は、５および１０マイクロメートルの間である。さらに、第１の導電型の半導体層１１４は、必要に応じて、図２１に示した突起１５２と同様に、各々がバンプ１３０の頂面１３２に向いた複数の突起（図２３および２４には示されていない）を有していてもよい。
【００３８】
本発明の実施の形態の１つにおいて、突出部１５４’は、バンプ１３０の間の基板１１２の部分と接触し、空隙１５６’などの間隙によりバンプ１３０から間隔が置かれている。さらに、突出部１５４’、空隙１５６’、頂面１３２、壁面１３４、傾斜面１３６、および稜部分１４０は、発光構造１１６により発せられた光ビームを半導体発光装置１１０の外部に散乱および／または分散させるように構成されている。その結果、光取り出し効率を改善するように、発光装置１１０内の光ビームの全反射を、光ビームが発光構造１１６により吸収されるのを防ぐほど劇的に減少させることができる。
【００３９】
空隙１５６および１５６’は、第１の導電型の半導体層１１４のエピタキシャルプロセス後に、ウェットエッチングプロセスを行うことによって形成することができる。ウェットエッチングプロセスのエッチング液としては、フッ化水素酸、硝酸、リン酸、塩基溶液、または塩基溶液とアルコールの混合物が挙げられ、このエッチング液が、基板１１２のバンプ１３０と第１の導電型の半導体層１１４との間の界面に沿ってこの第１の導電型の半導体層１１４をエッチングする。突起１５２は、第１の導電型の半導体層１１４が、基板１１２に向いた突出部１５４または１５４’しか有さないようにウェットエッチングプロセスにより除去してもよい。
【００４０】
本発明の実施の形態の１つにおいて、基板１１２は、サファイア、シリコン、または炭化ケイ素などの透明絶縁材料を含み；ｎ型半導体層１１４、発光構造１１６およびｐ型半導体層１１８は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＰ、およびＧａＡｓＰからなる群より選択されるＩＩＩ−Ｖ材料を含んでよく；接触層１２０は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＰ、およびＧａＡｓＰからなる群より選択されるＩＩＩ−Ｖ材料を含み；透明導電層１２２は、酸化インジウム、酸化スズまたは酸化インジウムスズを含み；発光構造１１６は、ｎ型半導体層１１４上のｐクラッド層とｎクラッド層との間に挟まれた量子井戸または多重量子井戸を含んでよい。その上、ｎ型半導体層１１４、発光構造１１６およびｐ型半導体層１１８は、ＺｎＣｄＳｅ、ＺｎＭｇＳｅ、ＺｎＢａＳｅ、ＺｎＢｅＳｅ、ＺｎＣａＳｅ、ＺｎＳｒＳｅ、ＺｎＣｄＳＳｅ、ＺｎＭｇＳＳｅ、ＺｎＣｄＴｅ、ＺｎＭｇＴｅ、ＺｎＢａＴｅ、ＺｎＢｅＴｅ、ＺｎＣａＴｅ、ＺｎＳｒＴｅ、ＺｎＣｄＳＴｅおよびＺｎＭｇＳＴｅからなる群より選択されるＩＩ−ＶＩ材料を含んでもよい。特に、このエピタキシャル装置は、基板１１２上にこれらの層を調製するのに使用できる。
【００４１】
本発明の実施の形態の１つにおいて、頂面１３２は、基板１１２の上面１１２Ａに対して実質的に平行なＣ面（０，０，１）である。バンプ１３０の調製は、基板の一部分を被覆する複数のパターンを有するマスクを形成し、エッチングプロセスを行って、マスクにより被覆されていない基板の一部分を除去し、マスクを取り外し、マスクによる遮断なくこの基板に別のエッチングプロセスを行って、基板１１２上にバンプ１３０を形成する各工程を含んでよい。本発明の実施の形態の１つにおいて、このエッチングプロセスは、リン酸を含むエッチング液を用いたウェットエッチングプロセスであって差し支えない。
【００４２】
本発明の開示およびその利点を詳しく記載してきたが、添付の特許請求の範囲により定義された本発明の精神および範囲から逸脱せずに、様々な変更、置換および改変を行えることが理解されよう。例えば、先に論じられたプロセスの多くは、異なる方法論により実施しても、他のプロセスにより置き換えられても、もしくはその組合せであっても差し支えない。
【００４３】
さらに、本発明の範囲は、本明細書に記載されたプロセス、装置、製造、物質の組成、手段、方法および工程の特定の実施の形態に制限されることを意図したものではない。ここに記載された対応する実施の形態と実質的に同じ機能を果たす、または実質的に同じ結果を達成する、既存の、または後に開発される、プロセス、装置、製造、物質の組成、手段、方法、または工程を、本開示にしたがって利用してもよいことが、当業者にはこの開示から明らかであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのようなプロセス、装置、製造、物質の組成、手段、方法、または工程をその範囲に含めることを意図している。
【符号の説明】
【００４４】
１０，６０，１１０    半導体発光装置
１２，６２，１１２    基板
１４，６４，１１４    ｎ型半導体層または第１の導電型の半導体層
１６，６６，１１６    発光構造
１８，６８，１１８    ｐ型半導体層またはエピタキシャル層
２０，７０，１２０    接触層
２２，７２，１２２    透明導電層
２４，７４，１２４    第１の電極
２６，７６，１２６    第２の電極
３０，８０，１３０    バンプ
３２，８２，１３２    頂面
３４，８４，１３４    壁面
３６，８６，１３６    傾斜面
４２，９２，１５２    突起
４４，４４’，９４，９４’，１５４，１５４’    突出部
４６，９６，９６’，１５６，１５６’    空隙
１４０    稜部分
１４２    分岐
【図１】
2011114337.tif 000003
【図２】
2011114337.tif 000004
【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2011114337.tif 000019
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図４】
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【図７】
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【図２０】
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