(57)【要約】ｎ型のドープ層とｐ型のドープ層との間の活性層と、前記ＶＬＥＤデバイスの前記ｎ型のドープ層の表面上に複数のボールを固定することと、を有する縦型発光ダイオード(ＶＬＥＤ)デバイスを形成するするための方法が開示される。
2008527721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体縦型発光ダイオード(ＶＬＥＤ)デバイスの製造方法であって、
ｎ型窒化ガリウム(ｎ型ＧａＮ)層、活性層及びｐ型窒化ガリウム(ｐ型ＧａＮ)層を含むＶＬＥＤデバイスの多層エピタキシャル構造を形成する工程と、
前記ＶＬＥＤデバイスの前記ｎ型ＧａＮ層の表面の上に複数のボールを提供する工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記ＶＬＥＤデバイスの前記ＧａＮ層の上に前記ボールをスピンコーティングする工程及びスプレーする工程のうちの１つを使用する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
適用されたボールを含む溶液の粘性を調整することによって、前記ボールの密度を制御する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記粘性は、前記適用されたボールを含む溶液の量と粘性とを変えることによって調整されることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記適用されたボールを含む溶液は、アルコール成分、界面活性剤及び接着剤の１つ以上を含むことを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項６】
前記ＶＬＥＤデバイスの前記ＧａＮ層の表面の上にボールを固定する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
前記ボールの上方に半透明のコーティングを適用する工程を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項８】
前記ボールの上方に電気的に導電性の半透明のコーティングを形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項９】
前記ボールは、前記ＶＬＥＤデバイスの前記ＧａＮ層と平面をなしていることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記コーティングは、前記ＶＬＥＤが透過させる波長に対して８０％を超えて透過することを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記ボールを固定する工程は、前記ボールを保持する透明な被膜を適用する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記ボールを固定する工程は、前記ボールを保持する導電性の被膜を適用する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記ボールを固定する工程は、前記ボールを保持するゾルゲル被膜を適用する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記ボールを固定する工程は、前記ボールをスプレーコーティングする工程又はスピンコーティングする工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記ボールは、有機溶液中で分散されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記ボールを固定する工程は、ドライパウダーコーティングを適用する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記ボールを保持するために静電コーティングを適用する工程を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記コーティングは、ＩＴＯ、ニッケル及び金のうちの１つを含むことを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記ＶＬＥＤデバイスの前記ｎ型ＧａＮ層の表面を粗くして、前記ｎ型ＧａＮ層から発光のために内部から光を散乱させて抽出する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記ボールは、サブミクロンの球を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記ボールは、約１０ｎｍから約２ミクロンの間の半径を有することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記ボールの寸法は、散乱光の約１／２λに最適に選択されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項２３】
前記ボールの屈折率は、約２.０から３.０の間にあることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項２４】
前記ボールの屈折率は、約２.３よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項２５】
前記ボールの屈折率は、前記ｎ型ＧａＮ層の屈折率とほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項２６】
前記ボールは、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｎＳｅ及びＳｉＯｘＮｙのうちの１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項２７】
コーティング法を用いて前記ボールがＶＬＥＤデバイスのｎ型ＧａＮ層の表面に広げられることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項２８】
前記ＶＬＥＤデバイスの多層エピタキシャル構造の形成工程は、前述ＶＬＥＤによる発光が前記ｎ型ＧａＮ層を通るようになされていることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項２９】
前記ｎ型ＧａＮ層をドライエッチングするために前記固定されたボールがマスクを形成することを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項３０】
前記ＶＬＥＤデバイスのエッチングされたｎ型ＧａＮ層は、その内部からより多くの光を抽出するためにＶＬＥＤ表面粗さを増加させることを特徴とする請求項２９に記載の製造方法。
【請求項３１】
前記活性層は、ＭＱＷ活性層であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３２】
前記ボールの上方にＰＶＤ、ＣＶＤ及び電子ビーム蒸着の１つを用いてＩＴＯ層を成膜する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３３】
ＰＶＤ、ＣＶＤ及び電子ビーム蒸着のうちの１つを用いて前記ボールの上方に透明なコーティングを成膜する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３４】
ｎ型のドープ層とｐ型のドープ層との間に活性層を有する縦型発光ダイオード(ＶＬＥＤ)デバイスを形成する工程と、
前記ＶＬＥＤデバイスのｎ型のドープ層の表面上に複数のボールを固定する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３５】
前記ＶＬＥＤデバイスのｎ型のドープ層の表面上に複数のボールを固定する工程は、
前記ボールの上方でコーティングを回転させる工程、
前記ボールの上方にコーティングをスプレーする工程、
前記ボールの上方に透明なコーティングを適用する工程、
前記ボールの上方に半透過のコーティングを適用する工程、
前記ボールの上方に電気的に導電性の半透過のコーティングを形成する工程、
前記ＶＬＥＤが伝える波長に対して８０％を超えて透明であるコーティングを前記ボールの上方に適用する工程、
前記ボールの上方に導電性の被膜を適用する工程、
前記ボールの上方にゾルゲルを適用する工程、
前記ボールの上方にドライパウダーコーティングを適用する工程、
前記ボールの上方に静電コーティングを適用する工程、
ＩＴＯ、ニッケル、金のうちの１つを含む前記ボールの上方にコーティングを適用する工程、
ＰＶＤ、ＣＶＤ及び電子ビーム蒸着のうちの１つを用いて透明なコーティングを適用する工程から選ばれた工程を含むことを特徴とする。
【請求項３６】
前記固定する工程の前に、前記ＶＬＥＤデバイスのｎ型のドープ層の上の表面を粗くする工程を更に含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記粗くする工程は、マスクとして前記固定されたボールを用いて前記ｎ型のドープ層をドライエッチングする工程を含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記ボールの各々は、屈折率が前記ｎ型のドープ層とほぼ等しいサブミクロン球を含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
前記ボールは、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｎＳｅ及びＳｉＯｘＮｙのうちの１つを含むことを特徴とする請求項３４に記載の製造方法。
【請求項４０】
前記活性層は、ＭＱＷ活性層を含み、
前記ｎ型のドープ層は、前記ＶＬＥＤからの発光光のためのｎ型ＧａＮ層を含み、
前記ｐ型のドープ層は、ｐ型ＧａＮ層を含むことを特徴とする請求項３４に記載の製造方法。
【請求項４１】
前記ｎ型のドープ層と電気的に通じる電極を形成する工程と、
前記ｐ型のドープ層と電気的に通じる電極を形成する工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項３４に記載の製造方法。
【請求項４２】
縦型発光ダイオード(ＶＬＥＤ)デバイスのためにｎ型ＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層との間にＭＱＷ活性層を形成する工程と、
前記ｎ型ＧａＮ層に複数のボールを固定する工程と、
前記ｎ型ＧａＮ層及び前記ｐ型ＧａＮ層にそれぞれ電気的に通じる対向した電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４３】
前記ｎ型ＧａＮ層は、複数のボールが固定された粗くされた表面を有することを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
その上に前記ボールが固定された表面を有する前記ｎ型ＧａＮ層を通して、光が前記ＶＬＥＤから発せられることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードに関し、特に、その光の抽出を向上させるための新しいＬＥＤ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード(ＬＥＤ)は、電気エネルギーを光に変換する固体デバイスである。ＬＥＤは、典型的には、２つの反対のドープ層の間に挟まれた半導体材料の活性層を提供する。バイアスがドープ層に印可されると、正孔と電子が光を発生するために再結合する場所である活性層に注入される。活性領域によって全ての方向に発生される光は、全ての露出した表面を通って、半導体チップから出て行く。
【０００３】
半導体材料は性能が良くなり、半導体素子の効率も向上してきている。新しいＬＥＤは、紫外線の形で黄色のスペクトルで効率的なイルミネーションを可能にするＩｎＡｌＧａＮなどの材料から作られている。従来のライトと比べて、新しいＬＥＤの多くが、電気エネルギーをより効率的に変換し、信頼性が高い場合がある。ＬＥＤの性能が向上するにつれて、それらは交通信号、屋内のディスプレイ、自動車ヘッドライト及びテールランプなどの多くのアプリケーションで、従来のライトを取り替えることが期待される。
【０００４】
従来のＬＥＤの効率は、それらの活性層によって発生される全ての光を放つことができないことによって制限される。ＬＥＤにエネルギーが与えられると、その活性層(全ての方向で)から放たれる光は、多くの異なる角度で放出面に到達する。典型的な半導体材料は、周囲の空気(ｎ＝１.０)又は封入エポキシ(Ｎは約１.５)と比較して、高い屈折率  (ｎは約２.２-３.８)を持つ。スネルの法則によると、高屈折率の領域から、ある臨界角(表面法線方向に対して)の範囲内にある低屈折率の領域に伝わる光は、低い領域側に横断する。臨界角を超えて表面に達する光は、横断しないが、全反射(ＴＩＲ)となるであろう。ＬＥＤの場合では、ＴＩＲ光は、それが吸収されるまではＬＥＤ内部で反射され続けることができる。この現象のため、従来のＬＥＤによって発生される光の多くは放出されず、その効率を下げている。
【０００５】
ＴＩＲ光の割合を低下させる１つの方法は、ＬＥＤの表面でランダムなテクスチャ（ｒａｎｄｏｍ  ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）の形で光の散乱中心を作り出すことである。ランダムのテクスチャは、反応性イオンエッチングの間に、マスクとしてＬＥＤ表面にサブミクロンポリスチレン球を用いることによって、表面内にパターニングされる。テクスチャ表面は、ランダムの干渉効果によるスネルの法則では予測されない方法で、光を屈折させ、反射させる光の波長の大きさのフィーチャー（ｆｅａｔｕｒｅｓ）を持つ。この手法は、放出効率を９〜３０％向上させるために示された。
【０００６】
米国特許第６,８２１,８０４号に示されているように、表面テクスチャの１つの欠点は、ｐ型ＧａＮなどのテクスチャ電極層に対して低い導電率を持つＬＥＤに広がる有効電流を防ぐことができることである。より小さいデバイス又は良い導電率があるデバイスでは、ｐ型層コンタクト及びｎ型層コンタクトからの電流は、それぞれの層の全体に広がるだろう。より大きいデバイス又は低い導電率を持つ材料から作られたデバイスを用いると、電流は層全体にコンタクトから広がらない。その結果、活性層の一部は、電流を流さず、光を放たないであろう。ダイオード領域全体に均一な電流の注入を行うために、導電性材料の拡張層が表面上に成膜されうる。しかしながら、この拡張層は、光が層を通って伝わることができるように、光学的に透明である必要がある場合がある。ランダムな表面構造はＬＥＤ表面に導入されると、有効に薄く、光学的に透明な電流の拡張部（ｓｐｒｅａｄｅｒ）を成膜することは容易ではない。
【０００７】
ＬＥＤから光の抽出を増加させる別の方法は、発光表面の周期的なパターニングを含むか、又は光の方向を内部的にトラップされた角度から表面の形状または周期によって決定される所定のモードに変える内部インターフェースを含む。Ｋｒａｍｅｓ  ｅｔ  ａｌ.の米国特許第５,７７９,９２４号を参照されたい。この技術は、干渉効果がもはやランダムではなく、表面が光を特定のモード又は方向に結合するランダムなテクスチャ表面の特別な場合である。この手法の１つの欠点は、表面形状とパターンが、ＬＥＤ光の単一の波長の大きさで一定かつ非常に小さくなければならないため、構造の製造が難しいという点である。また、このパターンは、上述の光学的に透明な電流拡張層（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）を成膜することが困難でもある。
【０００８】
また、発光型層が中央にある状態でＬＥＤの発光表面を半球に形成することによって、光の抽出の増加が実現されている。この構造は、放出光の量を増加させるが、その製造は困難である。Ｓｃｉｆｒｅｓ及びＢｕｒｎｈａｍの米国特許第３,９５４,５３４号は、各ＬＥＤの上方にそれぞれの半球がある状態でＬＥＤアレイを形成する方法を開示している。半球は基板に形成され、ダイオードアレイはその上に成長される。ダイオード及びレンズ構造は、基板からエッチングされる。この方法の１つの欠点は、基板インターフェースでの構造の製造と、基板からの構造のリフトオフにより製造コストが増加することとにより、制限されることである.また、各半球は、正確な製造を必要とする発光層をその上に直接有する。
【０００９】
米国特許第５,７９３,０６２号は、コンタクトなどの吸収領域から光の方向を変え、ＬＥＤ表面に光の方向を向ける工学的な非吸収層を含むことによって、ＬＥＤからの光の抽出を高めるための構造を開示している。この構造の１つの欠点は、非吸収層が切り込まれた狭い角度の層の形成が必要であり、多数の材料系で製造することが困難であるということである。
【００１０】
米国特許第６,８２１,８０４号で更に述べられている光の抽出を高める他の方法は、放出されたモードに戻って発せられるＬＥＤ放出面の上の薄膜金属層内でフォトンを表面プラズモンモードに結合することである。これらの構造は、最終的には抽出されるフォトンに更に結合される半導体から発せられるフォトンを金属層の表面プラズモンに結合することによるものである。このデバイスの１つの結合は、周期構造が浅い溝深さ(＜０.１  .ｍｕ.ｍ)を持つ１次元で定められた格子であるため、製造が難しいということである。また、恐らく、フォトンから表面プラズモンへの及び表面プラズモンから周囲のフォトンへの変換メカニズムが非効率であることにより、外部量子効率全体が低い（１.４-１.５％）。この構造はまた、上述のように電流拡張層と同じ問題がある。
【００１１】
米国特許第６,８２１,８０４号に述べられているように、ＬＥＤチップの側面を傾けて逆さの角錐台を形成することによって、光の抽出が改善されうる。傾けられた表面は、発光表面を持つ基板材料の中でトラップされたＴＩＲ光を与える。この手法を用いて、外部量子効率は、ＩｎＧａＡｌＰ材料系に対して３５％から５０％ほど増加することが示された。この手法は、かなりの量の光が基板でトラップされるデバイスに対して効果がある。サファイア基板上に成長されるＧａＮデバイスに対しては、光の大部分がＧａＮでトラップされ、ＬＥＤチップの側面を傾けても所望の向上が得られない。また、光を抽出するための別の手法は、フォトンの再利用である。この方法は、電子や正孔を光に（その逆も同様）直ちに変換する高効率の活性層を有するＬＥＤによるものである。電子−正孔対に再び変換される場所でＴＩＲ光がＬＥＤの表面で反射して、活性層に衝突する。高効率の活性層のために、電子−正孔対はほぼ直ちに、ランダムな方向で再び放たれる光に再度返還されるであろう。再利用された光の一部（ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ）は、臨界角の範囲内でＬＥＤ発光表面の１つと衝突して、出て行くであろう。活性層に再び反射される光は、再び同じ処理を経ることになる。
【００１２】
米国特許第６,８２１,８０４号は、その効率を増加させるためにＬＥＤの上又は中に光の抽出構造を有するＬＥＤを開示している。新しい光の抽出構造は、光を反射して屈折させるための表面を提供し、光がパッケージに出て行くためにより好適である。この構造は、ＬＥＤ封止材料よりも非常に高い屈折率を持つ光の抽出要素（ｌｉｇｈｔ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）又は分散剤層のアレイであってもよい。光の抽出要素及び分散剤層は共に、多くの異なる形状を持つことができ、従来のＬＥＤの上方のＬＥＤの効率を高めるように、拡張部（ｓｐｒｅａｄｅｒ）の上、エピタキシャル層の内部又は下方に配置される。
【特許文献１】米国特許第６,８２１,８０４号
【特許文献２】米国特許第５,７７９,９２４号
【特許文献３】米国特許第３,９５４,５３４号
【特許文献４】米国特許第５,７９３,０６２号
【発明の開示】
【００１３】
１つの側面では、ｎ型窒化ガリウム(ｎ型ＧａＮ)層を形成する工程と、前記ｎ型ＧａＮ層の表面の上に複数のボールを形成する工程と、前記ＧａＮ層の表面の上にボールを固定する工程と、によって半導体発光ダイオード(ＬＥＤ)デバイスを製造するためのシステム及び方法が開示される。
【００１４】
実施は、以下の１つ以上を含みうる。ボール７は、ＬＥＤのＩＴＯ層とｐ型ＧａＮ層との間のインターフェースに配置される。ボール７は、内部からより多くの光を抽出するために、ＧａＮ上に効果的な粗面を形成する。１つの実施では、ボール７は、約１０ｎｍ〜２ｕｍの半径を持つサブミクロン球である。ボールの大きさは、散乱光の約１／２λに最適に選択される。別の実施では、ボール７の屈折率は約２.４である。ボールの適当な材料は、例えば、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｎＳｅ及びＳｉＯｘＮｙを含む。球をＧａＮ表面４２に広げるために様々なコーティング方法が使用されうる。有機溶液を用いると、適用された（ａｐｐｌｉｅｄ）ボールの密度が制御される。球の密度は、輝度と電気的な特性とのトレードオフによって制御され、最適化されうる。ボール７は、適当な場所にコーティング９を適用（塗布）することによって、固定されるか又は保持される。コーティング９は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、電子ビーム蒸発、スピンオン（ｓｐｉｎｏｎ）又はスプレーなどの様々な技術を用いて、コンフォーマルに（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｌｙ）成膜されるか又はノンコンフォーマルに（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｌｙ）成膜される。コーティング９は、ＬＥＤ及び例示的なコーティング９の波長に対して８０％を超えて透過し、特に、ＩＴＯ又はＮｉ/Ａｕであってもよい。
【００１５】
ＬＥＤは、より多くの光を同じチップサイズ/消費電力で供給することができる。一方、ＬＥＤは、所定の同一の光出力条件でより小さく作ることができ、そのような小さな大きさによってそれと同様に少ない電力しか消費せず、電力の節約になる。ＬＥＤは、標準的なプロセス技術で製造されることができ、これにより標準的なＬＥＤとのコスト競争力を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
説明
図１に示されるように、縦型ＬＥＤは、基板１０(典型的には、Ｃｕ、ＣｕＷ合金、Ｍｏ、ＣｕＭｏ合金、シリコン、ＧａＡｓ又はＧｅ)を有する。基板１０の上方には、その後、遷移金属多重層１２、ｐ型ＧａＮ層１４、ＭＱＷ層１６、ｎ型ＧａＮ層１８が形成される。ｎ型電極２０及びｐ型電極２２が、その後、電極群として選択された領域の上に形成される。平坦なｎ型ＧａＮ表面を効果的に粗くして、ｎ型ＧａＮ表面を化学エッチングする複雑な処理なしでより多くの光を抽出するように、ｎ型ＧａＮ層１８の上方にボール７が配置されうる。
【００１７】
図２Ａは、光抽出ボール７のより詳細な図である。ボール７は、ＬＥＤのＩＴＯ層とｐ型ＧａＮ層との間のインターフェースに配置されている。ボール７は、内部からより多くの光を抽出するために、ＧａＮ上に効果的な粗面を形成する。１つの実施では、ボール６は、約３０ｎｍ〜１ｕｍの半径を持つサブミクロン球である。ボールの大きさは、散乱光の約１／２λに最適に選択される。ボールは、ＳＥＭ設備のキャリブレーションのために現在使用されているものと同様のポリマー球であってもよい。別の実施では、ボール７の屈折率は約２.０〜３である。ボールの適当な材料は、例えば、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｎＳｅ及びＳｉＯｘＮｙを含む。球をＧａＮ表面の上に広げるために様々なコーティング方法が使用されうる。球の密度は、輝度と電気的な特性（Ｖｆ及びＩｒ）とのトレードオフによって制御され、最適化されうる。例えば、コーティング密度が増加するにつれて、ＬＥＤの輝度とＶｆが増加する。ボール７を用いる戸、従来のＬＥＤ構造と比べて、光出力を３０％を超えて向上させることができる。
【００１８】
複数のボール７は、内部光抽出要素(ＬＥＥ)のアレイを形成する。また、内部ＬＥＥアレイは、空間的に異なる屈折率を提供するために形成される。ＬＥＥアレイがＬＥＤ成長プロセスの間に形成されて、アレイが一旦形成されると、ＬＥＤ内部にＬＥＥアレイを埋め込むエピタキシャル成膜技術によって、アレイの上方にＬＥＤ構造の残りの層が成長される。また、エピタキシャル層又は基板でトラップされる光線は、ＬＥＤを出て行くことができる光線を点在させるように、ＬＥＥアレイと互いに作用し合うことができる。
【００１９】
図２Ａ１は、ボールがウェハ上に堆積されるときにの光反射効果を示す図である。光が透明又は半透過の被膜９を通してＧａＮ層を出るときには、光は空いた領域で全反射し、率の調整（ｉｎｄｅｘ  ｍａｔｃｈｉｎｇ）を行うボールにぶつかるときに分散する。図２Ａ２は、被膜９が存在しないときでも、同じ効果を示す図である。
【００２０】
図２Ｂに示されるように、複数のボール７が、ｐ型ＧａＮ又はｎ型ＧａＮのいずれかの上部のＧａＮ層の上方に直接コーティングされ、予め有機物又は水溶液中に分解して分散したボールパウダーを有するスピンコーティング及びスプレーコーティングなどのウェット手法によってエピウェハの一部として一体化される。代替手段は、静電パウダーコーティング又は空気やガスによる他の輸送方法などのドライプロセスを使用することである。また、これらのボールは、ＲＩＥ用のマスクとして随意的に使用され、ＧａＮ表面をより粗くし、抽出効率を更に向上させることができる。
【００２１】
図３は、一実施形態に係るサファイア基板でありうるキャリア上に形成された例示的なＩｎＧａＮ  ＬＥＤの多層エピタキシャル構造を示す図である。サファイア基板の上方に形成された多層エピタキシャル構造は、ｎ型ＧａＮのベースの層４２、ＭＱＷ活性層４４及びコンタクト層４６を含む。例えば、ｎ型ＧａＮベースの層４２は、電気伝導のためにシリコンがドープされたものなどのドープされて２-６ミクロンの厚みを持ったｎ型ＧａＮベースの層であってもよい。
【００２２】
ＭＱＷ活性層４４は、ＩｎＧａＮ/ＧａＮ  ＭＱＷ活性層であってもよい。電力がｎ型ＧａＮのベースの層４２とコンタクト層４６との間に供給され、ＭＱＷ活性層４４が励起されると、その結果、光を発生する。発生した光は２５０ｎｍから６００ｎｍの間の波長を持つことができる。ｐ層はｐ＋ＧａＮ、ｐ＋ＩｎＧａＮ又はｐ＋ＡｌＩｎＧａＮ層などのｐ＋ＧａＮベースの層であってもよく、０.０５-０.５ミクロンの間の厚さであってもよい。メサ画定処理が実行され、ｐ型の反射コンタクト４８がコンタクト層４６の上方に形成される。反射コンタクト４８は、特に、Ａｇ、Ａｌ、ＩＴＯ/Ａｇ、ＩＴＯ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｎｉ/Ａｕであってもよい。ボール７は、ｎ型ＧａＮ層４２の上方に配置される。そして、ＩＴＯ又はＮｉ/Ａｕなどの透明なコンタクト層４０が、ボール７を覆って、良好な電流拡がりと光の抽出を得るために成膜される。
【００２３】
パッシベーション層５０が成膜され、パッシベーション層５０の上方にエッチングされるウィンドウに、特にＴｉ及びＣｒなどの反射金属５２を形成するために接着金属（ａｄｈｅｓｉｏｎ  ｍｅｔａｌ）の成膜が実行される。パッシベーション層５０は非導電性である。接着金属５２は、コンタクト面を形成し、金属キャリア層６０は、その上にコーティングされる。薄い金属層(特に、Ｃｒ、Ｃｒ/Ａｕ、Ｎｉ/Ａｕ)は、電解メッキ処理で電極として機能する構造の上方にコーティングされる。しかしながら、無電解処理、スパッタリング又は磁気スパッタリング処理がなされれば、コーティング処理は不要であり、電解メッキの代わりに使用される。多層エピタキシャル構造は、電解メッキ及び無電解メッキなどの技術を用いて、金属メッキ層６０でコーティングされる。無電解メッキ法を利用して、ポリイミド層、サファイアを傷つけないで容易に除去されうるコーティング、又は、特にＮｉ又はＣｏなどの比較的薄い金属の無電解メッキされた金属を用いて、サファイア基板が保護される。次いで、サファイア基板が除去される。ｎ型電極７０は、ｎ型ＧａＮ層４２の上部にパターニングされ、縦型ＬＥＤが完成する。
【００２４】
図４は、光抽出ボールを有する例示的なＬＥＤの画像を示す図である。ＴｉＯ２ボールなどの屈折率を調整する（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ-ｍａｔｃｈｉｎｇ）粒子をコーティングすることによって、効果的にＧａＮ表面が粗くされ、光が効率的に抽出されうる。この効率は、屈折率のより良い調整（ｍａｔｃｈｉｎｇ）のためであり、ＧａＮに対して約２.４であり、ＴｉＯ２に対しては約２.５である。
【００２５】
本発明は、ある好適な実施の形態を参照して非常に詳細に説明したが、他の形態も可能である。別の実施形態では、ＧａＮ層の表面は、ボール/球又はウェット／ドライエッチング技術を用いて、粗くされる。ＬＥＥアレイを利用した他のＬＥＤ構成も、当業者によって想定されうる。新しいＬＥＤは、ＬＥＥアレイと分散剤との異なる組み合せを持ってもよい。ＬＥＥは、異なる形状、サイズ、隣接ＬＥＥ間のスペースを持つことができ、異なる位置に配置されうる。同様に、分散剤層は、異なる材料で作られ、異なる位置に配置されうる。したがって、添付の特許請求の範囲の思想及び範囲は、上記の好適な実施の形態に限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】光抽出ボールを有する縦型ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図２Ａ】光抽出ボールのより詳細な図である。
【図２Ａ１】光抽出ボールの更に詳細な図である。
【図２Ａ２】光抽出ボールの更に詳細な図である。
【図２Ｂ】コーティング方法によってＧａＮ表面の上に光抽出ボールが分散して配置された２００Ｘの光学写真に示す図である。
【図３】光抽出ボールを有する第３のＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図４】光抽出ＬＥＤのＳＥＭ画像を示す図である。
【図１】
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【図２Ａ】
2008527721.tif 000004
【図２Ａ１】
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【図２Ａ２】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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