(57)【要約】  電解液が用意され、電解液が半導体材料の層の１つまたは複数の表面と接触させられる、半導体材料の表面に多孔質層を形成する方法および装置。電解液は加熱され、前記電解液と半導体材料との間にバイアスが導入されて、電解液と半導体材料との間を電流が流れるようになる。電流は、電解液と接触している半導体材料の１つまたは複数の表面に多孔質層を形成する。多孔質層を有する半導体材料は、光発光体の基板としての役割を果たすことができる。半導体発光領域は、基板に形成することができる。発光領域は、バイアスに応じて全方向に光を発することができ、多孔質層が基板を通過する発光領域光の取出しを高める。
2007507895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質層を有する基板と、
前記基板に形成された半導体発光領域とを備える光発光体であって、前記発光領域はバイアスに応じて全方向に光を発することができ、前記多孔質層は前記基板を通過する前記発光領域光の取出しを高めることを特徴とする光発光体。
【請求項２】
前記発光領域は、反対にドープされた２つの層の間にサンドイッチ状に挟まれた活性層を備え、前記活性層は、前記反対にドープされた層の間にバイアスが加えられたとき、全方向に光を発することを特徴とする請求項１に記載の発光体。
【請求項３】
前記多孔質層は、前記発光領域と反対側の前記基板の表面にあることを特徴とする請求項１に記載の発光体。
【請求項４】
前記基板およびその発光領域は、フリップチップの向きで取り付けられていて、前記基板の前記表面は、前記多孔質層を前記発光体の主発光面として有することを特徴とする請求項３に記載の発光体。
【請求項５】
前記基板およびその発光領域は、金属層に取り付けられ、前記バイアスは前記金属層を通して前記発光領域に加えられることを特徴とする請求項４に記載の発光体。
【請求項６】
前記基板およびその発光領域は、保護用エポキシ中に入れられていることを特徴とする請求項１に記載の発光体。
【請求項７】
前記発光領域は前記基板の表面に形成され、前記発光領域と反対側の前記基板の表面はパターン形成され、前記多孔質層は前記基板の前記パターン形成された表面にあることを特徴とする請求項１に記載の発光体。
【請求項８】
前記発光領域は前記基板の表面に形成され、前記発光領域と反対側の前記基板の表面は鋸歯状パターンを有し、前記多孔質層は前記基板の前記鋸歯状パターン形成された表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光体。
【請求項９】
前記発光領域は前記基板の表面に形成され、前記発光領域と反対側の前記基板の表面は溝パターンを有し、前記多孔質層は前記基板の前記溝パターン形成された表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光体。
【請求項１０】
前記発光領域は前記基板の表面に形成され、前記発光領域と反対側の前記基板の表面は柱パターンを有し、前記多孔質層は前記基板の前記柱パターン形成された表面にあることを特徴とする請求項１に記載の発光体。
【請求項１１】
前記基板は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）で作られていることを特徴とする請求項１に記載の発光体。
【請求項１２】
半導体表面に多孔質層を形成するための装置であって、
電解液を半導体材料の層の１つまたは複数の表面に接触させるように構成された液溜めに保持された電解液と、
前記電解液を加熱するための加熱器と、
前記電解液と前記半導体材料の層との間にバイアスを加えるための電源とを備え、前記バイアスは前記電解液と前記半導体材料の層との間に電流を流し、前記電解液と接触している前記半導体材料の前記１つまたは複数の表面に多孔質層を形成することを特徴とする装置。
【請求項１３】
前記電源は、負端子および正端子を備え、前記負端子は前記電解液に接触し、前記正端子は前記半導体材料の層に接触していることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記電解液中に浸漬された陰極をさらに備え、前記電源バイアスが前記陰極と前記半導体材料との間に加えられることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記液溜めはカップを備え、前記半導体材料は前記カップの底に近接して配置され、前記カップは、前記電解液の一部を前記カップから流出させ、前記半導体材料の１つまたは複数の表面に接触させるための１つまたは複数の穴を有していることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記１つまたは複数の穴のまわりの、前記カップの底と前記半導体材料との間に封止剤をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記加熱器は、浸漬加熱器を備えることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
前記電解液に紫外（ＵＶ）光を照射するランプをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
前記電解液は、ＨＦベースの電解液またはバッファＨＦベースの電解液を含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項２０】
前記電解液は、フッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）および水を含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項２１】
前記電解液は、エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）および水を含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項２２】
半導体の表面に多孔質層を形成する方法であって、
電解液を用意するステップと、
前記電解液を半導体材料の層の１つまたは複数の表面と接触させるステップと、
前記電解液を加熱するステップと、
前記電解液と前記半導体材料との間にバイアスを導入して前記電解液と前記半導体材料との間に電流を流し、前記電解液と接触している前記半導体の前記１つまたは複数の表面に多孔質層を形成するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記バイアスの導入中に前記電解液に紫外（ＵＶ）照射を行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記多孔質層の形成後に前記電解液および前記半導体から前記バイアスを除去し、前記電解液を前記半導体との接触から取り外すステップをさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
１つの表面に多孔質層を備える基板と、
前記多孔質層と反対側の前記基板の表面に形成された発光領域と
を備えるＬＥＤと、
前記ＬＥＤが金属層にフリップチップで取り付けられ、前記基板が前記ＬＥＤの主発光面である１つまたは複数の金属層と、
前記発光領域の両端間にバイアスを加えて前記発光領域が全方向に光を発するようにするための２つのコンタクトとを備える発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージであって、前記多孔質層は、前記基板を通過する発光領域光の光取出しを高めることを特徴とする発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージ。
【請求項２６】
前記発光領域は、反対にドープされた２つの層の間にサンドイッチ状に挟まれた活性層を備え、前記バイアスは、前記反対にドープされた層の間に加えられて前記活性層が全方向に光を発するようにすることを特徴とする請求項２５に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項２７】
前記ＬＥＤは、保護用エポキシ中に入れられていることを特徴とする請求項２５に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項２８】
複数の層を有する半導体発光体であって、バイアスに応じて全方向に光を発することができる発光体と、
前記複数の層の１つまたは複数の上の１つまたは複数の多孔質層であって、前記半導体発光体からの前記発光体光の取出しを高める多孔質層とを備えることを特徴とする光発光体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー省（ＮＥＴＬ）契約第ＤＥ−ＦＣ２６−００ＮＴ４０９８５号の下に政府の支援で行われた。政府は、この発明に関してある権利を有する。
【０００２】
本発明は、半導体をベースにした光発光体（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｅｒ）に関し、より詳細には、基板に形成された発光領域を備える発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電気エネルギーを光に変換する重要な部類の固体デバイスであり、一般に、反対にドープされた２つの層の間にサンドイッチ状に挟まれた半導体材料の活性層を備える。このドープされた層の間にバイアスが加えられたとき、正孔と電子が活性層に注入され、そこで再結合して光を生成する。光は、活性層から、そしてＬＥＤのすべての表面から全方向に発せられる。
【０００４】
高い降伏電界、広いバンドギャップ（ＧａＮでは室温で３．３６ｅＶ）、大きな伝導帯オフセット、および高い飽和電子ドリフト速度を含む固有の材料特性の組合せのために、III族窒化物をベースにした材料系で形成されたＬＥＤに対する最近の関心は大きい。ドープされた活性層は、一般に、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、およびサファイア（Ａｌ２Ｏ３）などの様々な材料で作ることができる基板に形成される。ＳｉＣウェーハが好ましいことが多い。というのは、ＳｉＣウェーハは、III族窒化物に非常に近い結晶格子整合を有し、より高品質のIII族窒化物膜をもたらすからである。また、ＳｉＣは、非常に高い熱伝導率を有し、その結果、ＳｉＣ上のIII族窒化物デバイスの総出力パワー（ｐｏｗｅｒ）はウェーハの熱抵抗で制限されなくなる（サファイアまたはＳｉ上に形成された一部のデバイスの場合のように）。また、半絶縁性ＳｉＣウェーハを利用できることは、商用デバイスを可能にするデバイス分離および低減した寄生キャパシタンスについての能力を与える。ＳｉＣ基板は、Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ、ＤｕｒｈａｍのＣｒｅｅ  Ｉｎｃ．から入手可能であり、それを製造する方法は、特許文献１、２および３だけでなく科学文献にも発表されている。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第RE34,861号
【特許文献２】米国特許第4,946,547号
【特許文献３】米国特許第5,200,022号
【非特許文献１】Windisch et al., “Impact of Texture-Enhanced Transmission on High-Efficiency Surface Textured Light Emitting Diodes,” Appl. Phys. Lett., Vol. 79, No. 15, Oct. 2001, p. 2316〜2317
【非特許文献２】Schnitzer et al., “30% External Quantum Efficiency From Surface Textured, Thin Film Light Emitting Diodes,” Appl. Phys. Lett., Vol. 64, No. 16, Oct. 1993, p. 2174〜2176
【非特許文献３】Windisch et al., “Light Extraction Mechanisms in High-Efficiency Surface Textured Light Emitting Diodes,” IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 8, No. 2, March/April 2002, p. 248〜255
【非特許文献４】Streubel et al., “High Brightness AlGaNInP Light Emitting Diodes, IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics,” Vol. 8, No. March/April 2002
【非特許文献５】Shor et al., “Direct Observation of Porous SiC Formed by Anodization in HF,” Appl. Phys. Lett., Vol. 62, No. 22, May 1993, p. 2636〜2638
【非特許文献６】Mimura et al., “Blue Electroluminescence From Porous Silicon Carbide,” Appl. Phys. Lett., Vol. 65, No. 26, Dec. 1994, p. 3350〜3352
【非特許文献７】Zangooie et al., “Surface, Pore Morphology, and Optical Properties of 4H-SiC,” Journal of Electrochemical Society, Vol. 148, No. 6, p. G297〜G302
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＬＥＤから光を効率的に取り出すことは、高効率ＬＥＤの製造において重大な課題である。ただ１つの外部結合表面を有する従来のＬＥＤでは、外部量子効率は、ＬＥＤ発光領域からの基板を通過する光の内部全反射（ＴＩＲ）によって制限される。ＴＩＲは、ＬＥＤの半導体と周囲環境との間の屈折率の大きな差によって引き起こされることがある。エポキシのような周囲材料の屈折率（ほぼ１．５）に比べてＳｉＣの屈折率（ほぼ２．７）が高いために、ＳｉＣ基板を有するＬＥＤは光取出し効率が比較的低い。この差により、活性領域からの光線がＳｉＣ基板からエポキシ中に伝播し最終的にＬＥＤパッケージから出て行く逃出し円錐（ｅｓｃａｐｅ  ｃｏｎｅ）が小さくなる。
【０００７】
ＴＩＲを減少させ、全体的な光取出しを改善するために様々な方法が開発されており、より一般的なものの１つは表面テクスチャ化（ｓｕｒｆａｃｅ  ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）である。表面テクスチャ化は、逃出し円錐を見出す多数の機会を光子に与える様々な表面を設けることによって、光の逃出し確率（ｅｓｃａｐｅ  ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ）を増加させる。逃出し円錐を見出さなかった光は、引き続きＴＩＲを受け、そして様々な角度のテクスチャ表面で反射し、遂には逃出し円錐を見出す。表面テクスチャ化の利点は、いくつかの論文で述べられている（非特許文献１、２、３、および４を参照）。
【０００８】
ＳｉＣに有用な粗面を生成することは困難であることが分かっており、そしてこの困難はＳｉＣの化学的に不活性な性質によっていると信じられている。したがって、ＳｉＣ基板上の発光領域で形成されたＬＥＤは、光取出しを高めるための有用な粗面をＳｉＣ基板に備えることができない。ＳｉＣ基板の裏面は、有用な水準の粗さを実現しようとしてラッピングされたことがあるが、これらの試みは限られた成功しか収めず、十分に高い光取出しを有するＬＥＤにはつながらなかった。
【０００９】
ＵＶ照射を受けるＨＦ中で材料を陽極酸化することによって、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣに多孔質ＳｉＣが生成されている（非特許文献５参照）。また、発光層として多孔質ＳｉＣを有する青色発光ダイオードが実証された（非特許文献６参照）。また、電子顕微鏡および分光偏光解析法を使用して、多孔質ＳｉＣの微細構造および光学特性が研究されている（非特許文献７参照）。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、半導体材料の表面に多孔質層を形成する方法および装置を提供しようとし、そしてその半導体材料はＬＥＤの基板として使用される。多孔質層は、基板を通過するＬＥＤ光の取出しを改善するように配置されている。
【００１１】
本発明による、半導体の表面に多孔質層を形成するための装置は、液溜めに保持されたＨＦベースの電解液を備える。液溜めは、電解液を半導体材料の層の１つまたは複数の表面に接触させるように構成されている。本装置は、さらに、電解液を加熱するための加熱器と、電解液と半導体材料の層との間にバイアスを加えるための電源を備える。バイアスにより、電解液と半導体材料の層との間に電流が流れ、前記電解液と接触している１つまたは複数の表面に多孔質層が形成される。
【００１２】
本発明による、半導体の表面に多孔質層を形成する方法は、電解液を用意すること、およびその電解液を半導体材料の層の１つまたは複数の表面と接触させることを含む。電解液は加熱され、電解液と半導体材料との間にバイアスが導入されて電解液と半導体材料の間を電流が流れるようになり、電解液と接触している半導体材料の１つまたは複数の表面に多孔質層が形成される。
【００１３】
本発明による光発光体は、多孔質層を有する基板およびその基板に形成された半導体発光領域を備える。発光領域は、バイアスに応じて全方向に光を発することができ、多孔質層は、基板を通過する発光領域光の取出しを高める。
【００１４】
本発明による発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージは、１つまたは複数の表面に多孔質層を有する基板、および多孔質層を有しない基板の表面に形成された発光領域を有するＬＥＤを備える。本パッケージは、さらに金属層を備え、当該基板が前記ＬＥＤの主発光面になるようにＬＥＤが金属層にフリップチップで取り付けられている。発光領域にバイアスを加えて発光領域が全方向に光を発するようにするために、少なくともの２つのコンタクトが含まれている。多孔質層は、基板を通過する発光領域光の光取出しを高める。
【００１５】
本発明のこれらおよび他のさらなる特徴および利点は、添付の図面と共に参照されるとき、以下の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
多孔質層を形成するための装置および方法
図１は、半導体材料１２の表面に多孔質層を形成するための本発明による装置１０の一実施形態を示しており、装置１０は、好ましくは炭化ケイ素（ＳｉＣ）の表面に多孔質層を形成するために使用される。装置１０は、様々な濃度の様々な溶液を含むことができるＨＦベースの電解液１６を保持するカップ状液溜め／容器１４を備える。電解液１６の適切な溶液は、エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）および水を含み、エタノールは１０から５０％の濃度範囲にある。もう１つの適切な溶液は、バッファＨＦベースの電解液を含み、バッファＨＦベースの電解液は、ある期間にわたって比較的一定のＰｈ値を可能とし、かつ比較的揮発性が低く処理が比較的危険でない溶液を可能にする。好ましいバッファＨＦベースの電解液は、フッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）および水を含み、ＮＨ４Ｆは、単位体積当たり２０％などの様々な濃度を有する。
【００１７】
半導体１２は、液溜め１４の底面１７に近接して配置され、液溜め１４の底は、ＨＦベースの溶液が液溜め１４から外に出ることができるようにする開口／穴１８を有する。開口１８のまわりで底面の外縁近くの、半導体１２と液溜め底面１７との間に水密シールが設けられている。このシールは、好ましくはＯリング２０で実現されるが、ガスケットまたはシリコーンのような封止剤などの他の封止部品を使用することができる。
【００１８】
液溜め１４がＨＦベースの電解液１６で満たされるときに、電解液の一部は穴１８を通り抜けて、容器１４と半導体１２の間のスペースを満たす。Ｏリング２０は、電解液１６を半導体１２の上面に接触した状態で保ち、電解液１６がＯリング２０を通り過ぎて漏れるのを防止する。
【００１９】
また、装置１０は、容器１２の上から電解液１６の中に浸された陰極２２を備える。陰極２２は、電荷を電解液１６に導くとともに電解液１６と反応または溶解しない、多くの異なる材料で作ることができる。陰極２２の好ましい材料は、白金（Ｐｔ）である。
【００２０】
第１の導体２４は、負端子の電気信号が陰極２２に伝わるように電源２５の負端子と陰極２２の間に結合されている。第２の導体２６は、正端子の電気信号が半導体１２中に伝わるように電源２５の正端子と半導体１２の間に結合されている。電源２５は、正および負端子からバイアスを供給し、そのバイアスは陰極２２および半導体材料１２に伝えられる。それから、バイアスによって、電流が陰極２２と半導体材料１２の間を流れるようになる。液溜め開口１８は、電流が陰極２２と半導体１２との間を流れ、その電流は電解液１６と接触している半導体表面の大部分を通って半導体１２中に流れ込むように十分に大きくなければならない。
【００２１】
第２の導体２６は、電流が半導体を通って流れ、陰極２２と第２の導体２６との間だけを流れないことを保証するために、電解液１６と接触しない位置で半導体１２に結合されるべきである。多くの異なる電源を装置１０で使用することができ、好ましい電源は、予め設定された一定電流または一定電圧を供給することができるコンピュータ制御インタフェースを有する精密電流電圧ソースメータ（ｓｏｕｒｃｅ  ｍｅｔｅｒ）である。Ｋｅｉｔｈｌｅｙ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．により供給されているＫｅｉｔｈｌｅｙ２４００ソースメータのような市販電源を使用することができる。
【００２２】
電源２５に多くの異なる電流限界を設定することができるが、電流限界が余りにも高く設定されると、多孔質層形成プロセスを制御し難いことがあり、また、電流限界が余りにも低く設定されるとプロセスに時間がかかる。電流限界の適切な範囲は、０．１〜１００ミリアンペア／ｃｍ２である。また、電源は多くの異なる電圧に設定することができ、適切な電圧は２〜３ボルトである。細孔形成プロセスのより適切な制御を可能にするために、電圧上限は５ボルトに設定することができる。電源２５は、好ましくは、０．１から１００ｍＡ／ｃｍ２の範囲などの、定電流駆動密度を供給し、電圧が設定された電圧上限より低くとどまっている状態で、電圧がその電流を満たすように変化することを許容する。
【００２３】
多孔質層の形成中に電解液１６を加熱することによって、ＬＥＤの基板として使用されたとき、電解液加熱なしで形成された多孔質層を備えた基板を有するＬＥＤに比べて、優れた光取出し特性を有する半導体表面が得られる。電解液を加熱するために、市販の浸漬加熱器（ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  ｈｅａｔｅｒ）２８または市販のホットプレートのような多くの異なる加熱機構を使用することができる。多孔質層形成プロセス中に電解液を様々な温度に加熱することができ、適切な温度範囲は４０から９０℃である。
【００２４】
本発明による、半導体の表面に多孔質層を形成する装置の別の実施形態では、電解液１６を細孔形成プロセス中にＵＶ光を照射することがあり、適切なＵＶ光源（ランプ）が広帯域ＵＶ照射を行う。ランプは、電解液の上に下向きに配置され、照射を行う。あるいはステアリングミラー（ｓｔｅｅｒｉｎｇ  ｍｉｒｏｒ）を電解液１６の上に配置し、ランプ光を電解液に向かって下方に変えることができる。
【００２５】
図２は、本発明による、半導体材料の表面に多孔質層を形成するための方法３０の一実施形態の流れ図を示している。方法３０は、形成プロセスで装置１０を使用することができるが、他の細孔形成装置を使用することができる。ステップ３２で、ＨＦベースの電解液またはバッファＨＦベースの電解液とすることができる、電解液１６として上で説明したＨＦベースの電解液が用意される。ステップ３４で、電解液が加熱され、加熱のための適切な方法は浸漬加熱器またはホットプレートである。ステップ３６で、電解液が通り抜けて半導体に接触するための穴を有する液溜めに電解液を供給することなどによって、電解液を半導体材料と接触させる。電解液の全ては液溜めから出さないようにしながら、電解液を半導体と接触した状態に維持するために、封止剤または他の保持手段が設けられる。上で説明したように、半導体は液溜め穴に近接して配置することができ、穴のまわりの液溜めと半導体の間にＯリングを備えることができる。
【００２６】
ステップ３８で、電解液と半導体との間にバイアスが加えられ、これによって、電解液と半導体との間を電流が流れるようになる。電流は、電解液と接触している半導体の表面に多孔質層を形成し、バイアスは、細孔が半導体中の所望の深さに達するまで加えられる。多孔質になる半導体材料の体積は、電解液を通して加えられた時間積分（ｔｉｍｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）電流に比例する。すなわち、細孔を有する半導体材料の全体積は、電解液を通して材料に加えられた全電荷に比例する。電解液を流れる０．１から１００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度を使用すると、バイアスを加える一般的な時間は５００〜１，５００秒の範囲にあるが、バイアスは、もっと多い時間またはもっと少ない時間にわたって加えられることができる。これによって、一般に、深さがほぼ３ミクロンである多孔質層が形成される。
【００２７】
ステップ４０で、形成時間の終りに電解液および半導体からバイアスが取り除かれ、ステップ４２で、半導体は電解液との接触から外される。方法４０が完了した後で、半導体を使用し、ＬＥＤの一部としてさらに処理することができる。半導体は、基板としての役割を果たすことができ、ＬＥＤ発光領域は多孔質層と反対側の半導体の表面に形成される。本発明による方法の一実施形態では、多孔質層は、あとでＬＥＤの基板として使用することができるＳｉＣに形成される。
【００２８】
本方法３０は、また、多孔質層の形成中にＵＶ照射電解液を可能にする随意のステップ４４を含むことができる。
【００２９】
発光ダイオード
図３は、本発明によるＬＥＤパッケージ５０の一実施形態を示し、このパッケージ５０は、基板５４を通過するＬＥＤ光の光取出しを改善する多孔質層５５を有する基板５４を備えたＬＥＤ５２を含む。基板５４は、様々な材料で作ることができ、また多くの異なる厚さであることができ、適切な材料は１２５〜５００ミクロンの厚さ範囲のＳｉＣである。ＬＥＤ５２は、金属有機化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）のような既知のプロセスを使用して基板５４に形成された標準的な発光領域５６を備える。従来ＬＥＤの動作の詳細は知られており、簡単に述べるだけにする。ＬＥＤの発光領域５６は、反対にドープされた２つの層の間にサンドイッチ状に挟まれた活性層を備えることができ、これらの層は標準的な厚さを有する。活性層は、反対にドープされたこれらの層の間にバイアスが加えられたとき、全方向に光を発する。発光領域の層は、III族窒化物ベースの材料系のような多くの異なる半導体材料系で作ることができる。ＬＥＤ５２は、フリップチップの向きでパッケージ５０に配置され、基板５４がＬＥＤの主発光面である。
【００３０】
ＬＥＤ５２は、第１および第２の金属層５８ａ、５８ｂにフリップチップで取り付けられている。第１のコンタクト６０は、第１の金属層５８ａと発光領域５６内の反対にドープされた２つの層の一方との間に結合され、第２のコンタクト６２は、第２の金属層５８ｂと発光領域の他方のドープされた層との間に結合されている。バイアスは、第１および第２の金属層５８ａ、５８ｂを通してコンタクト６０、６２に加えることができ、そしてそのバイアスは、コンタクト６０、６２を通して発光領域内の反対にドープされた２つの層に伝えられ、活性層が光を発するようにする。
【００３１】
電荷を伝えるのに十分に導電性である基板を有する他のＬＥＤ実施形態では、基板コンタクト６４を、反対にドープされた層のうちの一方にバイアスを加えるために使用することができる。他方のドープされた層は、金属層５８ａ、５８ｂとＬＥＤの間に配置されたコンタクト６０、６２のうちの一方に接触される。コンタクト６４および金属層５８ａ、５８ｂのうちの一方を通してＬＥＤにバイアスが加えられ、そしてこのバイアスは、金属層５８ａ、５８ｂのうちの他方から、金属層５８からコンタクト６４に延びている導電線（図示されない）を通して、基板コンタクト６４に伝えることができる。
【００３２】
また、発光領域から金属層５８ａ、５８ｂに向けて発せられた光が反射され、ＬＥＤパッケージ５０の総発光に寄与するように、金属層５８ａ、５８ｂの上面は、反射性とすることができる。ＬＥＤ５２およびそれのコンタクトは、透明な保護材料６６の中に入れることができ、この透明保護材料６６は、一般に、ＬＥＤ５２および金属層５８ａ、５８ｂの上面を覆う透明エポキシである。
【００３３】
あるいは、ＬＥＤ５２は「金属カップ」の水平ベース（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｂａｓｅ）に取り付けることができ、この水平ベースは、一般に、発光領域の反対にドープされた層のコンタクト間にバイアスを加えるための導電経路（図示されない）を有している。金属カップの上面は、発光領域からの光がＬＥＤパッケージの発光に寄与するように、その光を反射するために反射性とすることができる。
【００３４】
基板５４は、ＬＥＤ５２のフリップチップ配置においてＬＥＤ５２の最上位で主発光面である多孔質層５５を備える。多孔質層５５は、ＬＥＤ５２の発光を強めるように配置されている。従来ＬＥＤの効率は、活性層で生成された光のすべてを発することができないことで制限されている。フリップチップ配置されたＬＥＤが発光しているとき、光は多くの異なる角度で主発光基板表面に達する。一般的な基板半導体材料は、周囲の空気または封入エポキシに比べて高い屈折率を有している。高屈折率を有する領域から低屈折率の領域に伝わる、（表面垂線方向に対して）特定の臨界角以内の光は、低屈折率領域を横切ることができる。臨界角を超えて表面に達した光は横切ることができず、内部全反射（ＴＩＲ）を受ける。ＬＥＤの場合、ＴＩＲ光は、吸収されるまでＬＥＤ内で反射され続けることがある。この現象のために従来ＬＥＤで生成された光の大部分は放出されず、ＬＥＤの効率を低下させる。
【００３５】
多孔質層５５は、そうでなければ内部全反射（ＴＩＲ）でＬＥＤ５２の中に捕獲される光が、基板から逃げ出して発光に寄与することができるようにする様々な表面を設けることによって、ＬＥＤ５２の光取出しを改善する。多孔質層内の変化は、ＴＩＲ光が臨界角以内で基板表面に達して放出される機会を増加させる。多孔質層を通って基板を逃げ出さない光に対しては、多孔質層内の変化のために様々な角度で光が反射され、次の通過で光が逃げ出す機会が増加する。
【００３６】
光取出しを高める多孔質層の能力は、その深さが増すにつれて最初は増加する。しかし、深さの増加が光取出しを改善せず、実際にはこれを減少させることがある点に達する。ＳｉＣで作られた、図２について上で説明した方法３０を使用して形成された多孔質層を有する基板５４の場合には、適切な多孔質層深さはほぼ３ミクロンである。異なる電解液を使用する異なる多孔質層形成プロセスにとっては、適切な多孔質層深さが異なりうる。
【００３７】
図４は、標準的なＬＥＤパッケージの性能と本発明による多孔質層を有するＬＥＤパッケージの性能とを比較する表８０である。表８０は、ＬＥＤに加えられた電流８２に対するＬＥＤの光出力線束８４をプロットしている。第１のプロット８６は、標準的なＬＥＤのものであり、電流８２が増すにつれて光出力線束８４が増すことを示している。第２のプロット８８は本発明による多孔質層を有するＬＥＤのものであり、これも、電流８２が増すにつれて出力線束８４が増すことを示している。しかし、標準的なＬＥＤと同じ電流での多孔質層ＬＥＤの出力線束は、一般により大きく、特に、ＬＥＤに加えられる電流がほぼ５０ｍＡを超えて増加するときにより大きい。
【００３８】
多くの異なる型のＬＥＤで、本発明による多孔質層を使用して光取出しを増加させることができる。図５は、本発明によるＬＥＤパッケージ１００のもう１つの実施形態を示し、このパッケージ１００は、半導体発光領域１０６がその表面の１つに形成された基板１０４を備えるＬＥＤ１０２を含んでいる。発光領域１０６は、図３の発光領域５６と同様である。ＬＥＤ１０２は、発光領域１０６内の反対にドープされた層に接触するコンタクト１１０、１１２を有する第１および第２の金属層１０８ａ、１０８ｂに取り付けられている。金属層１０８ａ、１０８ｂに加えられたバイアスは、コンタクト１１０、１１２を通して反対にドープされた層に加えることができる。ＬＥＤ１０２は、基板の底面がＬＥＤ１０２の主発光面であるようにフリップチップで取り付けられている。また、ＬＥＤ１０２は、保護用透明エポキシ１１４中に入れることができる。
【００３９】
ＬＥＤ１０２の発光面（基板１０４の表面）は平らでなく、代わりに鋸歯状（ｓａｗｔｏｏｔｈ）パターン１０５を有している。鋸歯状パターン１０５は、エッチングのような既知のプロセスを使用して基板１０４に形成され、多孔質層１１６がその鋸歯状パターン１０５内に形成される。多孔質層は、上で説明し、図１および２で示した装置１０および方法３０を使用して形成することができる。鋸歯状パターン１０５は、ＴＩＲ光がＬＥＤから逃げ出すことができるようにする様々な表面を設けることによって、光取出しを高める。多孔質層１１６は、鋸歯状パターン１０５と組み合わさって、多孔質層を有する平らな基板表面に比べてより高い程度の光取出しさえも実現することができる。
【００４０】
図６は、基板１３４および発光領域１３６を備えるフリップチップ取り付けされたＬＥＤ１３２を同じく有する、本発明によるＬＥＤパッケージ１３０のもう１つの実施形態を示している。ＬＥＤ１３２は、発光領域１３６にバイアスを加えるためのコンタクト１４０、１４２で金属層１３８ａ、１３８ｂに取り付けられている。また、ＬＥＤ１３２は、保護用透明エポキシ１３９中に入れられている。基板１３４の発光面は、溝（ｔｒｅｎｃｈ）パターン１３５を有し、各溝は垂直側壁１４４および水平底面１４６を有する。基板１３４に溝パターン１３５を形成した後で、溝パターンの上に多孔質層１４８が形成される。溝パターン１３５と多孔質層１４８の組合せは、ＬＥＤ１３２からの光取出し向上を実現する。
【００４１】
図７は、基板１６４および発光領域１６６を備えるフリップチップ取り付けされたＬＥＤ１６２を同じく有する、本発明によるＬＥＤパッケージ１６０のさらにもう１つの実施形態を示している。ＬＥＤ１６２は、発光領域１６６にバイアスを加えるための２つのコンタクト１７０、１７２で金属層１６８ａ、１６８ｂに取り付けられている。また、ＬＥＤ１６２は、保護用透明エポキシ１６９中に入れられている。基板１６４の発光面は、図６の溝パターン１３５に似た柱（ｐｏｓｔ）パターン１６５を有している。各柱は垂直側壁１７４を有するが、柱間の底面１７６はＶ字状である。基板１６４に柱パターン１６５を形成した後に多孔質層１７８が形成され、柱パターン１６５と多孔質層１７８の組合せが、ＬＥＤ１６２からの光取出し向上を実現する。
【００４２】
本発明は、本発明の特定の好ましい構成を参照して相当に詳細に説明したが、他の型が可能である。上で説明したＬＥＤパッケージの実施形態のそれぞれは、金属層の代わりに金属カップのように、異なった部品を有することができる。本発明によるＬＥＤパッケージの異なる実施形態は、ＬＥＤの異なる位置に多孔質層を有することができる。また、基板は、上で説明したもの以外の多くの異なるパターンを有することができる。したがって、本発明の精神および範囲は、上で説明した本発明の好ましい型に限定されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】半導体の表面に多孔質層を形成するための、本発明による装置の実施形態を示す断面図である。
【図２】半導体の表面に多孔質層を形成するための、本発明による方法の実施形態を示す流れ図である。
【図３】多孔質層を備えた基板を有する、本発明に従ったＬＥＤの一実施形態を示す断面図である。
【図４】従来ＬＥＤと比較した、本発明によるＬＥＤの改善された光取出しを示す表である。
【図５】鋸歯状パターンを備えた基板を有する、本発明によるＬＥＤのもう１つの実施形態を示す断面図である。
【図６】溝パターンを備えた基板を有する、本発明によるＬＥＤのもう１つの実施形態を示す断面図である。
【図７】柱パターンを備えた基板を有する、本発明によるＬＥＤのさらにもう１つの実施形態を示す断面図である。
【図１】
2007507895.tif 000003
【図２】
2007507895.tif 000004
【図３】
2007507895.tif 000005
【図４】
2007507895.tif 000006
【図５】
2007507895.tif 000007
【図６】
2007507895.tif 000008
【図７】
2007507895.tif 000009
【国際調査報告】
2007507895.tif 000010
2007507895.tif 000011
2007507895.tif 000012