(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、
前記半導体層上に形成され、四角形状の複数の開口部を有する電極と、
前記電極の真下に設けられた第１電流ブロッキング構造と、
前記複数の開口のそれぞれにおいて、前記開口部の周囲に沿って前記第１電流ブロッキング構造に並設された円形の複数の第２電流ブロッキング構造と、
前記電極と、前記第１電流ブロッキング構造と、の間に形成された少なくとも1つの介在層と、
を備え、
前記複数の第２電流ブロッキング構造は、前記開口部の四辺に沿って並設され、前記第１電流ブロッキング構造側に配置された第１列と、前記第１列の前記第１電流ブロッキング構造とは反対側に配置された第２列と、を含み、
前記第１電流ブロッキング構造と前記第１列との距離は、前記第１列と前記第２列との距離よりも小さく、
前記第２電流ブロッキング構造の前記半導体層における単位面積当たりの専有率は、前記第１電流ブロッキング構造から遠ざかるほど小さくなり、
前記第１電流ブロッキング構造および前記複数の第２電流ブロキング構造は、前記半導体層にプラズマ損傷を与えた領域である発光素子。
【請求項２】
半導体層と、
前記半導体層上に形成され、少なくとも１つの開口部を有する電極と、
前記電極の真下に設けられた第１電流ブロッキング構造と、
前記開口部の周囲に沿って前記第１電流ブロッキング構造に並設された第１列および第２列を含む複数の第２電流ブロッキング構造と、
を備え、
前記第１列の第２電流ブロッキング構造は、前記第１電流ブロッキング構造と、前記第２列の第２電流ブロッキング構造と、の間に配置され、
前記第２電流ブロッキング構造の前記半導体層における単位面積当たりの専有率は、前記第１電流ブロッキング構造から遠ざかるほど小さくなる発光素子。
【請求項３】
半導体層と、
前記半導体層上に形成され、少なくとも１つの開口部を有する電極と、
前記電極の真下に設けられた第１電流ブロッキング構造と、
前記開口部の周囲に沿って前記第１電流ブロッキング構造に並設された第１列および第２列を含む複数の第２電流ブロッキング構造と、
を備え、
前記第１列の第２電流ブロッキング構造は、前記第１電流ブロッキング構造と、前記第２列の第２電流ブロッキング構造と、の間に配置され、
前記半導体層における電流が流れる領域の単位面積当たりの割合は、前記第１電流ブロッキング構造から遠い領域ほど大きくなる発光素子。
【請求項４】
前記第１電流ブロッキング構造と前記第１列との距離は、前記第１列と前記第２列との距離よりも小さい請求項２または３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記電極は、複数の開口部を有し、
前記複数の第２電流ブロッキング構造は、それぞれの開口部に設けられる請求項２〜４のいずれか１つに記載の発光素子。
【請求項６】
第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上の活性領域と、前記活性領域上の第２導電型半導体層と、を含む半導体層と、
前記第２導電型半導体層上において、少なくとも１つ開口部を有し、長辺と、短辺と、を有する長方形の形状に設けられた電極と、
前記活性領域と前記電極との間であって、前記電極の真下に設けられた第１電流ブロッキング構造と、
前記活性領域の上方において前記第１電流ブロッキング構造に並設され、前記半導体層を上面側から見た場合に、前記開口部内に、前記開口部の周囲に沿って設けられた複数の第２電流ブロッキング構造と、
を備え、
前記第２電流ブロッキング構造の前記半導体層における単位面積当たりの専有率は、前記長辺に沿った方向に前記第１電流ブロッキング構造から遠ざかるほど小さくなる発光素子。
【請求項７】
前記半導体層を上面側から見た場合に、前記複数の第２電流ブロッキング構造は、前記開口部内に形成される請求項２〜５のいずれか１つに記載の発光素子。
【請求項８】
前記半導体層の上面側を見た場合に、前記開口部は、四角形状に設けられる請求項２〜７のいずれか1つに記載の発光素子。
【請求項９】
前記半導体層の上面側を見た場合に、前記複数の第２電流ブロッキング構造は、前記開口部の四辺に沿って並設される請求項８に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記半導体層の上面側を見た場合に、前記複数の第２電流ブロッキング構造のそれぞれは、円形に設けられる請求項２〜９のいずれか１つに記載の発光素子。
【請求項１１】
前記電極を介して前記半導体層に流れる電流は、前記複数の第２電流ブロッキング構造の間を通り、前記半導体層のうちの前記電極の真下以外の領域において、その電流は不均一である請求項２〜１０のいずれか１つに記載の発光素子。
【請求項１２】
前記電極と、前記第１電流ブロッキング構造と、の間に形成された少なくとも1つの介在層をさらに備えた請求項２〜１１のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１３】
前記第１電流ブロッキング構造および前記複数の第２電流ブロキング構造は、前記第２導電型半導体層にプラズマ損傷を与えた領域である請求項２〜１２のいずれか１つに記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体として半導体発光素子に関し、詳細には、半導体発光素子内での、効率的な光の生成に関する。
【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素子である。光は、ドープ層の両端間に電圧が印加されるとき、正反対にドープされた層の間に挟みこまれた、半導体材料の活性層から放射される。エネルギーを光に変換する際のＬＥＤ構造の効率により、そのＬＥＤが特定の用途に関して好適であるか否かが決定される。例えば、照明用途でのＬＥＤの使用には、高い効率、信頼性、及び低コストが必要とされる。半導体材料の進歩、及びＬＥＤのアーキテクチャの改善により、効率の改善がもたらされている。
【０００３】
米国特許第６，１２１，６３５号（Ｗａｔａｎａｂｅ）は、ＬＥＤの発光効率を増大させるための、頂部電極の下方に配置される電流ブロッキング層を開示している。
この電流ブロッキング層は、頂部電極の下方にあり、光透過性であり、頂部電極の外辺部を越えて延在するため、電流ブロッキング層は、あらゆる放射光が不透明な頂部電極によってブロックされることとなる、ＬＥＤの一領域内での、高い電流密度を防止する。このＷａｔａｎａｂｅの開示は、効率の増大が、不透明な電極の下での光の放射を防止することによって達成されることを示している。電流は、得られる生成光が、その装置から脱出することができるように、他の場所へと方向付けられる。米国特許第７，２４７，９８５号（Ｋｏｎｅｋｏ）は、同様に、ＬＥＤ内に２つの電流ブロッキング構造を提供することによる、電気エネルギーの変換の改善を示唆している。第１の電流ブロッキング構造は、中央領域内の、頂部電極の直下に配置される。第２の電流ブロッキング構造は、中央領域内を取り囲む、外側領域内に配置される。この第２の領域は、発光領域の形状を画定するように機能し、Ｋｏｎｅｋｏによれば、発光性能の改善が達成される。これらの特許で開示されるような、１つの電流ブロッキング構造、又は１対の電流ブロッキング構造の使用により、ある程度の効率の上昇を生じさせることができるが、これらの従来技術の構造もまた、限界を有する。
【０００４】
図１（従来技術）は、従来の横方向ＬＥＤ装置１の断面側面図である。横方向ＬＥＤ装置１は、ボンドワイヤ２、ｐ電極３、酸化インジウムスズ（「ＩＴＯ」）透明導電層４、電流ブロッキング層５、ｐ＋＋ＧａＮ層６、ｐ−ＧａＮ層７、活性層８、ｎ−ＧａＮ層９、成長基板層１０、ｎ電極１１、及び不均一な光生成１２の領域を含む。ｐ電極３及びｎ電極１１は、不透明な金属層である。横方向ＬＥＤ装置１の動作中、横方向ＬＥＤ装置１のｐ電極３とｎ電極１１との両端間に、電圧が印加されることにより、ｐ電極３からｎ電極１１に電流が流れる。この電流の流れが、活性層８内で光を生成させる。電流ブロッキング層５は、透明な絶縁層であり、ｐ電極３と発光活性層８との間に配置されることにより、不透明な金属ｐ電極３の下での光の放射を防止する。電流ブロッキング層５は、それゆえ、上を覆う金属ｐ電極３が放射光を遮ることとなる、活性層８の一部分内での、電流の流れ及び発光を防止する。電流の流れは、それゆえ、活性層８の他の部分へと方向付けられ、このことが、その装置の発光効率を増大させる。ＩＴＯ層４及びｐ−ＧａＮ層７の抵抗は、ｎ−ＧａＮ層９よりも高いため、ｐ電極３からｎ−ＧａＮ層９を通過して流れる電流は、ｐ電極３に最も近い、電流ブロッキング層５の縁部に集中する傾向がある。ｐ電極３から遠い電流の流れは、密度が低く、この不均衡により、不均一な光生成１２、電流の集中による局所加熱をもたらし、及び横方向ＬＥＤ装置１へ潜在的損傷を与える。
【０００５】
図２（従来技術）は、従来の垂直型ＬＥＤ装置２０の断面側面図である。垂直型ＬＥＤ装置２０は、ｎ電極２１、ｎ−ＧａＮ層２２、活性層２３、ｐ−ＧａＮ層２４、ｐ＋＋ＧａＮ層２５、電流ブロッキング層２６、高反射層２７、封入材料層２８、バリアメタル２９、接合金属層３０、接着層３１、導電キャリア３２、ｐ電極３４、及び不均一な光生成領域３５を含む。
垂直型ＬＥＤ装置２０の動作中、装置の両端間に電圧が印加されることにより、金属ｐ電極３４から金属ｎ電極２１に電流が流れる。電流が、活性層２３を通過して流れる際に、光が生成される。
電流ブロッキング層２６は、ｐ電極３４と活性層２３との間に配置されることにより、不透明な金属ｎ電極２１の下での、電流の流れ及び発光を防止する。高反射層２７は、高導電性であるため、電流ブロッキング層２６の右側の、ｐ＋＋ＧａＮ領域２５の全体は、本質的に等電位である。しかしながら、上を覆うｎ−ＧａＮ層２２は、ある程度抵抗性であり、電流拡散を制限する。よりｎ電極２１に近い領域内の電流密度は、それゆえ、よりｎ電極２１から遠く離れた領域内での電流密度よりも大きい。この電流密度の不均衡が、垂直型ＬＥＤ装置２０内での、不均一な光生成３５を引き起こす。更には、ｎ電極２１に最も近い、高い電流密度が、ＬＥＤ装置２０への局所加熱及び損傷を引き起こす恐れがある。改善された発光効率及び均一な光生成を有する、ＬＥＤ装置が望まれている。
【発明の概要】
【０００６】
第１の新規態様では、ＬＥＤ装置は、帯状電極、帯状電流ブロッキング構造、複数個の電流ブロッキング構造、及び発光活性層を含む。複数個の電流ブロッキング構造は、帯状電極への／帯状電極からの、電流の流れが、帯状電流ブロッキング構造に直接隣接する区域内、又は帯状電極の下の区域内に集中することを防止するような方式で、分散される。その代わりに、複数個の電流ブロッキング構造は、発光活性層内の電流の流れが、帯状電極の真下にはない活性層の諸部分内で、実質的に均一となるように、配置及び分散される。
【０００７】
第２の新規態様では、ＬＥＤ装置は、帯状電極、帯状電流ブロッキング構造、複数個の電流ブロッキング構造、高反射金属層、ｐ−ＧａＮ層、及びｐ＋＋ＧａＮ層を含む。帯状電流ブロッキング構造及び複数個の電流ブロッキング構造は、ｐ＋＋ＧａＮ層の選択部分をエッチング除去して、高反射金属層とｐ−ＧａＮ層との間に、比較的低い導電性の非オーミック接触を作り出すことによって形成される。このｐ＋＋ＧａＮ層の諸部分のエッチング除去は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの標準的な半導体プロセス技術、又は任意の他の好適なプロセス方法によって実行される。ｐ＋＋ＧａＮが、ｐ−ＧａＮの表面からエッチング除去される区域内では、電流の流れは、抑制又はブロックされる。
【０００８】
第３の新規態様では、ＬＥＤ装置は、帯状電極、帯状電流ブロッキング構造、複数個の分散型電流ブロッキング構造、及びｐ−ＧａＮの層を含む。帯状電流ブロッキング構造及び複数個の分散型電流ブロッキング構造は、ｐ−ＧａＮ層の選択部分に損傷を加えて、ｐ−ＧａＮ層内部に比較的高抵抗の部分を作り出すことによって形成される。高密度プラズマを利用して、ｐ−ＧａＮ層の選択部分を局所加熱することによって、この比較的高抵抗の部分を形成することができる。電界が印加されると、損傷したｐ−ＧａＮ部分の区域は、電流ブロッキング層を通過する電流の流れが、分散及び拡散されるような方式で、電流の流れを抑制又はブロックする。帯状電極の真下にはない活性層の部分を通過する電流の流れは、実質的に均一であるが、その一方で、帯状電流ブロッキング構造は、電流が、帯状電極の真下にある活性層の部分を通過して流れることを、有効にブロックする。活性層を通過する電流の流れは、この方式で実質的に均一であるため、実質的に均一な光生成が、帯状電極の下の区域の外側の、活性層内で発生する。
【０００９】
電流ブロッキング層の全体は、一体として考察することができ、この層の各単位面積は、空隙率（合計面積と比較した、いずれの電流ブロッキング構造によっても覆われることなく、ブロックもされない、面積の量）を有する。この空隙率は、ＬＥＤの活性層を通過する電流の流れが、実質的に電流の流れが存在しない、不透明な物体（金属電極などの）の直下に配置される活性層の区域を除いて、活性層の全区域内で実質的に均一となるように、層の全域にわたって変更される。
【００１０】
更なる詳細並びに実施形態及び技術は、以下の「発明を実施するための形態」で、説明される。この「発明の概要」は、本発明を規定することを意図するものではない。本発明は、特許請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
添付図面は、同様の符号が同様の構成要素を示し、本発明の実施形態を例示する。
【００１２】
【図１】（従来技術）横方向発光ダイオード（ＬＥＤ）装置内の光生成の断面図である。
【００１３】
【図２】（従来技術）垂直型ＬＥＤ装置内の光生成の断面図である。
【００１４】
【図３】一新規態様によるＬＥＤ装置の見下ろし図である。
【００１５】
【図４】一新規態様による一般的ＬＥＤ装置構造の、簡略化された概念的断面図である。
【００１６】
【図５】図４の一般的ＬＥＤ装置構造の見下ろし図である。
【００１７】
【図６】図５の一般的ＬＥＤ装置構造内の、区域Ａ、区域Ｂ、及び区域Ｃの抵抗を示す、簡略化された概念図である。
【００１８】
【図７】均一な量の光が、活性層の全域にわたって（電流ブロッキング層が、光生成を有効に防止する、不透明な電極の下の活性層の部分内を除いて）生成されるように、サイズ決定及び分散された、複数個の電流ブロッキング構造を有する、垂直型ＬＥＤ装置の断面側面図である。
【００１９】
【図８】分散型電流ブロッキング構造が、ｐ＋＋ＧａＮ層及びｐ−ＧａＮ層の選択部分に損傷を加えることによって形成される、垂直型ＬＥＤ装置の断面側面図である。
【００２０】
【図９】分散型電流ブロッキング構造が、ｐ＋＋ＧａＮ層の選択部分をエッチング除去することによって形成される、垂直型ＬＥＤ装置の断面側面図である。
【００２１】
【図１０】複数個の分散型電流ブロッキング構造を有する、横方向ＬＥＤ装置の断面図である。
【００２２】
【図１１】一新規態様による方法のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の幾つかの実施形態が詳細に言及され、それらの実施例が添付の図面で例示される。以下の説明及び特許請求の範囲では、第１層が、第２層の「上に」配置されているとして言及される場合には、その第１層は、第２層上に直接存在し得るか、又は介在層が、第１層と第２層との間に存在し得ることを理解されたい。「上」、「下」、「下側」、「上方」、「下方」、「頂部」、「底部」、「上向き」、「下向き」、「垂直方向に」、及び「横方向に」などの用語は、本明細書では、説明されているＬＥＤの種々の部分間の、相対配向を説明するために使用されるものであり、説明されているＬＥＤ構造の全体は、実際には、３次元空間内で、任意の方式で配向することができる点を理解されたい。
【００２４】
図３は、ＬＥＤ装置４０の見下ろし図である。ＬＥＤ装置４０は、帯状電極４１、帯状電流ブロッキング構造４２、及び複数個の電流ブロッキング構造４３を含む。複数個の電流ブロッキング構造４３は、ディスク形状の電流ブロッキング構造「ディスク」の、複数の列であり、電極４１の各辺の横に配置される。帯状電流ブロッキング構造４２及び複数個の電流ブロッキング構造４３は、電極４１の金属の層の下方にある、ＬＥＤ装置４０の層内に配置される。電極４１の帯状部分から、垂直方向で外向きに延びる、切断線Ａ−Ａが、図３に示される。切断線Ｂ−Ｂもまた、図３に示され、線Ｂ−Ｂは、電極４１の別の帯状部分を、垂直方向で切断する。
【００２５】
図４は、一般的ＬＥＤ装置の、簡略化された概念的断面図である。このＬＥＤ装置は、垂直型ＬＥＤ装置又は横型ＬＥＤ装置のいずれかとすることができる。図４のＬＥＤが垂直型ＬＥＤ装置である場合には、電流４４は、図示の構造の下方のｐ電極（図示せず）から、電流ブロッキング層４５を通過して上に流れ、次いで、ｐ−ＧａＮ層（図示せず）、発光活性層（図示せず）、ｎ−ＧａＮ層（図示せず）を通過して、帯状電極４１へと流れる。図４のＬＥＤが横型ＬＥＤ装置である場合には、電流４４は、帯状電極４１から、透明な導電体層（図示せず）を横方向に通過して流れ、次いで、電流ブロッキング層４５を通過して垂直下降し、次いでｐ−ＧａＮ層（図示せず）、活性層（図示せず）、ｎ−ＧａＮ層（図示せず）を通過して、ｎ電極（図示せず）へと流れる。双方の場合とも、電流ブロッキング層４５は、帯状電流ブロッキング構造４２及び複数個の電流ブロッキング構造４３を含む。複数個の電流ブロッキング構造のうちの４つ（４６、５０、５４、５８）が、図４の断面図に示される。帯状電流ブロッキング構造４２は、金属の帯状電極４１の真下に配置されるが、帯状電極４１よりも若干幅広である。帯状電流ブロッキング構造４２は、電流が、帯状電極４１の真下の活性層の部分（図示せず）を通過して流れることをブロックする。その結果、帯状電極４１の真下の活性層の部分内では、実質的に光が放射されない。
【００２６】
図５は、図４のＬＥＤ装置の見下ろし図である。帯状電極４１及び帯状電流ブロッキング構造４２は、第１方向６２において、長さ方向に延在する。図５はまた、３つの正方形区域、区域Ａ６３、区域Ｂ６４、及び区域Ｃ６５も示す。これらの３つの正方形区域、Ａ、Ｂ、及びＣは、互いに当接して、帯状電流ブロッキング構造４２の右縁部６６から離れる方向で、列を成して延在する。これらの３つの正方形区域は、第１方向６２に垂直な第２方向６７で、図の右側へと延びる列を成して延在する。帯状電流ブロッキング構造４２及び複数個の電流ブロッキング構造４６〜６１は、絶縁材料の層から形成される、個別機構である。電流ブロッキング構造４６〜６１は、図示のような２次元配列で配置される。一実施例では、これらの個別機構は、厚さ２００ｎｍの二酸化珪素の個別機構である。他の実施形態では、帯状電流ブロッキング構造４２及び電流ブロッキング構造４６〜６１は、窒化珪素の個別機構である。帯状電流ブロッキング構造４６〜６１はまた、他の絶縁材料でも作製することができる。
【００２７】
図示の実施例では、電流ブロッキング構造４６〜６１は、直径が約５マイクロメートルのディスクである。ディスク４６〜４９は、図示のように、第１方向６２と平行に延びる第１の列として位置合わせされる。ディスク５０〜５３は、図示のように、第１の列と平行に延びる第２の列として位置合わせされる。ディスク５４〜５７は、図示のように、第１及び第２の列と平行に延びる第３の列として位置合わせされる。ディスク５８〜６１は、図示のように、第１、第２、及び第３の列のそれぞれと平行に延びる第４の列として位置合わせされる。第１のディスクの列は、第２方向６７で、帯状電流ブロッキング構造４２の右縁部６６から離れる方向に、第１の距離Ｄ１で離間配置される。第２のディスクの列は、第２方向６７で、第１のディスクの列から第２の距離Ｄ２で離間配置される。第３のディスクの列は、第２方向６７で、第２の列から第３の距離Ｄ３で離間配置される。第４のディスクの列は、第２方向６７で、第３の列から第４の距離Ｄ４で離間配置される。一実施形態では、Ｄ４はＤ３よりも大きく、Ｄ３はＤ２よりも大きく、Ｄ２はＤ１よりも大きい。
【００２８】
区域Ａ６３、区域Ｂ６４、及び区域Ｃ６５は、正方形の形状の区域である。特定の例示的実施形態では、これらの区域のそれぞれは、４００平方マイクロメートルのサイズの正方形区域である。複数個の電流ブロッキング構造４３のうちの、少なくとも第１の電流ブロッキング構造は、区域Ａの一部分を覆う（区域ＡのＸパーセントを覆う）。複数個の電流ブロッキング構造４３のうちの、少なくとも第２の電流ブロッキング構造は、区域Ｂの一部分を覆う（区域ＢのＹパーセントを覆う）。複数個の電流ブロッキング構造４３のうちの、少なくとも第３の電流ブロッキング構造は、区域Ｃの一部分を覆う（区域ＣのＺパーセントを覆う）。図示の場合には、ＸパーセントはＹパーセントよりも大きく、ＹパーセントはＺパーセントよりも大きい。
【００２９】
図６は、区域Ａ６３、区域Ｂ６４、及び区域Ｃ６５の抵抗を示す、簡略化された概念図である。この図では、３つの区域、Ａ、Ｂ、及びＣのそれぞれは、２つの抵抗器を含む。各区域内の、第１の抵抗器の値１Ｒは、電流ブロッキング構造の平面の上方（電流ブロッキング構造の頂部の平面と、帯状電極の底部の平面との間）に配置された導電層を通る、横方向の抵抗を表す。この装置が垂直型ＬＥＤ装置である実施例では、電流ブロッキング構造の層４５の上方の導電層は、ｐ＋＋ＧａＮ層、ｐ−ＧａＮ層、活性層、及びｎ−ＧａＮ層を含む。この装置が横型ＬＥＤ装置である実施例では、電流ブロッキング構造の層の上方の導電層は、透明な導電体層（例えば、酸化インジウムスズ）を含む。
【００３０】
各区域内の第２の抵抗器は、電流が電流ブロッキング層４５の機構間を垂直方向に流れる際に通過する、垂直方向の抵抗を表す。区域Ａは、最も高い電流ブロッキングディスクの面積百分率、Ｘパーセントを含み、区域Ａの垂直方向の抵抗は、この図では３Ｒである。この値３Ｒは、区域Ｂの垂直方向の抵抗である２Ｒ、及び区域Ｃの垂直方向の抵抗である１Ｒよりも大きい。横方向に配向された１Ｒの抵抗を、垂直方向に配向された抵抗３Ｒ、２Ｒ、及び１Ｒと共に考慮すると、帯状電極４１と、３つの区域Ａ、Ｂ、及びＣのいずれかとの間の全体抵抗は、４Ｒに等しい。それゆえ、ＬＥＤ装置の活性発光領域を通過して、それらの３つの区域のいずれかから流れる電流の量、又はいずれかの区域へと流れる電流の量は、実質的に同じである。図６での抵抗値、１Ｒ、２Ｒ、及び３Ｒは、実測値ではなく、むしろ、この図では、単に概念的な説明目的のために提示される。
【００３１】
図７は、垂直型ＬＥＤ装置１００の一部分の断面図である。図７の断面図は、例えば、図３の構造での断面Ｂ−Ｂを表し得る。垂直型ＬＥＤ装置１００は、金属ｎ電極１０１、ｎ−ＧａＮ層１０２、活性層１０３、ｐ−ＧａＮ層１０４、ｐ＋＋ＧａＮ層１０５、高反射層１０６、封入材料層１０７、バリアメタル層１０８、接合金属層１０９、接着層１１０、キャリア基板１１１、ｐ電極１１２、帯状電流ブロッキング構造１１３、及び複数個の分散型電流ブロッキング構造１１４〜１２１を含む。ｎ−ＧａＮ層１０２は、厚さ約５０００ｎｍであり、ｎ電極１０１と接触する。活性層１０３は、厚さ約１３０ｎｍであり、ｎ−ＧａＮ層１０２と、厚さ３００ｎｍのｐ−ＧａＮの層１０４との間に配置される。ｐ−ＧａＮ層１０４は、厚さ２０ｎｍのｐ＋＋ＧａＮ層１０５の直上にある。電流ブロッキング構造１１３〜１２１は、ｐ＋＋ＧａＮ層１０５と高反射層１０６との間に配置されており、ｐ＋＋ＧａＮ層１０５上に、厚さ２００ｎｍの二酸化珪素又は窒化珪素の絶縁層を堆積させ、次いで、ＲＩＥなどの標準的なプロセス技術を使用して、その絶縁層をパターニング及びエッチングすることによって作り出される。
【００３２】
絶縁層をエッチングして電流ブロッキング構造を形成した後、厚さ２００ｎｍの高反射層１０６が、電流ブロッキング構造の上に形成される。厚さ１００ｎｍの封入材料１０７の層が、高反射層１０６の上に形成される。次いで、バリアメタル層１０８が追加される。バリアメタル層は、厚さ５０ｎｍ超のチタンの単一層である。接合金属１０９が提供され、その接合金属層の下方の構造に接合金属層の上方の構造を接合する。この接合金属層の下方の構造は、接着層１１０、キャリア基板１１１、及びｐ電極１１２を含む。接着層１１０は、厚さ２００ｎｍである。キャリア基板１１１は、厚さ１５０，０００ｎｍである。金属ｐ電極１１２は、図示のように、キャリア基板１１１の底面全体を覆い、厚さ約２００ｎｍである。
【００３３】
図７の垂直型ＬＥＤ装置１００が光を放射する際、金属電極１１２と金属電極１０１との間には、電圧が存在する。電流は、金属ｐ電極１１２から、キャリア基板１１１を通過して上に流れ、接着層１１０、接合金属層１０９、バリアメタル層１０８、封入材料層１０７、高反射層１０６、ｐ＋＋ＧａＮ層１０５、及びｐ−ＧａＮ層１０４を通過して、発光活性層１０３内へと流れる。電流は、帯状電流ブロッキング構造１１３によって、ｎ電極１０９の下の、活性層１０３の部分内に流れ込むことをブロックされる。それゆえ、ｎ電極１０１の真下の活性層の部分内では、光が生成されない。活性層１０３の全ての他の部分内では、実質的に均一な量の光が放射される。電流ブロッキング構造１１４〜１２１は、帯状電流ブロッキング構造１１３に近いほど、互いに、より近く離間配置され、隣り合う電流ブロッキング構造間の間隔は、帯状電流ブロッキング構造１１３から、横方向に離れる方向に延びて増大する。例えば、電流ブロッキング構造１１８は、帯状電流ブロッキング構造１１３の右縁部に、比較的近く離間配置されるが、その一方で、電流ブロッキング構造１２１は、電流ブロッキング構造１２０の右縁部から離れる方向で、比較的遠く離間配置されることに留意されたい。電流ブロッキング構造１１３〜１２１の層は、活性層１０３から３２０ｎｍしか離れておらず、その一方で、活性層１０３は、ｎ電極１０１から約５０００ｎｍ離れている。
横方向の電流の流れが、主として厚いｎ−ＧａＮ層１０２を通過して発生する。
【００３４】
図８は、電流ブロッキング構造が、ｐ＋＋ＧａＮ材料及びｐ−ＧａＮ材料に損傷を加えることによって形成される、垂直型ＬＥＤ装置１３０の実施形態の断面図である。例えば、ｎ−ＧａＮ層１３２、活性層１３３、ｐ−ＧａＮ層１３４、及びｐ＋＋ＧａＮ層１３５が形成された後に、高密度プラズマを利用して、ｐ＋＋ＧａＮ１３５及びｐ−ＧａＮ１３４の層を、所望の場所で局所加熱することができる。このことは、選択された場所内での、ｐ＋＋ＧａＮ層及びｐ−ＧａＮ層への損傷を引き起こし、これらの所望の場所内での、ｐ＋＋ＧａＮ材料及びｐ−ＧａＮ材料の抵抗率を増大させる。このＬＥＤ製造プロセスの残りのプロセスで、高反射層１３６がｐ＋＋ＧａＮ層１３５の上に形成される。次いで、この高反射層の上に封入材料の層１３７が形成され、その封入材料の上に、バリアメタル層１３８が形成されることにより、素子ウェーハ構造が形成される。次いで、キャリア１４１が、接合金属１３９を介して、素子ウェーハ構造にウェーハボンディングされる。次いで、層１３２〜１３５を上に成長させた、最初の基板が除去され、電極１４２及び電極１３１が追加される。
【００３５】
図８のｐ＋＋ＧａＮ層及びｐ−ＧａＮ層の損傷部分は、参照番号１４４〜１５２によって特定される。これらの損傷部分は、ｐ−ＧａＮ層及びｐ＋＋ＧａＮ層の他の非損傷部分よりも、比較的導電性が小さい。これらの比較的導電性が小さい部分１４４〜１５２の、横方向の配置及び間隔により、横方向寸法内での電流の流れは、活性層を通過する電流の流れが存在しない、電極１３１の真下に配置される活性層の部分を除いて、電流が活性層１３３を垂直方向に通過して流れる場所では、均等に分散される。それゆえ、光生成は、電極１３１の下の区域を除く、活性層の全区域内で実質的に均一である。
【００３６】
図９は、電流ブロッキング構造が、ｐ＋＋ＧａＮ層の選択部分をエッチング除去することによって形成される、垂直型ＬＥＤ装置１３０の実施形態の断面図である。上述のように、ＬＥＤのエピタキシャル層１６２〜１６５を基板上に成長させ、素子ウェーハ構造を作製する。ｐ＋＋ＧａＮ層１６５が形成された後に、高濃度でドープされたｐ＋＋ＧａＮ層１６５の選択部分をエッチング除去し、金属１６６とｐ−ＧａＮ層１６４との間に非オーミック接触領域を作り出すことによって、電流ブロッキング構造１７３〜１８１が形成される。ｐ＋＋ＧａＮ層１６５の諸部分のエッチング除去は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの標準的な半導体プロセス技術、又は別の好適なプロセス方法によって実行される。電流ブロッキング構造１７３〜１８１の形成の後に、高反射層１６６が、ｐ＋＋ＧａＮ層１６５の上に形成され、この高反射層の上に、封入材料の層１６７が形成され、その封入材料の上に、バリア層１６８が形成されることにより、素子ウェーハ構造が形成される。次いで、キャリア１７１が、接合金属１６９の層を介して、素子ウェーハ構造にウェーハボンディングされる。次いで、素子ウェーハ構造の最初の基板が除去され、電極１７２及び電極１６１が追加される。
【００３７】
ｐ＋＋ＧａＮ層がエッチング除去された領域内では、電流の流れは、高反射層１６６の金属とｐ−ＧａＮ層１６４との接触不良により、ブロック又は抑制される。しかしながら、電流は、高導電性の金属層１６６が、ｐ＋＋ＧａＮ層１６５と良好に低抵抗オーミック接触する場所では、流れが促進される。
【００３８】
図１０は、一新規態様による、分散型電流ブロッキング構造を含む横型ＬＥＤ装置１９０の一部の断面図である。横型ＬＥＤ装置１９０は、金属ｐ電極１９１、透明な導電体層１９２（例えば、酸化インジウムスズ）、ｐ＋＋ＧａＮ層１９３、ｐ−ＧａＮ層１９４、活性層１９５、ｎ−ＧａＮ層１９６、成長基板１９７、金属ｎ電極１９８、帯状電流ブロッキング構造１９９、及び複数個の電流ブロッキング構造２００〜２０３を含む。隣り合う電流ブロッキング構造１９９〜２０３の間を下に通過する、電流２０４の分散した流れが示される。光生成２０５の区域もまた示される。これらの光生成２０５の区域は、ｐ電極１９１の直下には存在しない。
【００３９】
図１０の横型ＬＥＤ装置１９０に光を放射させるために、金属ｐ電極１９１とｎ電極１９８との両端間に電圧が印加される。電流は、ｐ電極１９１から、ＩＴＯ層１９２、ｐ＋＋ＧａＮ層１９３、ｐ−ＧａＮ層１９４、活性層１９５、及びｎ−ＧａＮ層１９６通過して、ｎ電極１９８へと流れる。電流ブロッキング構造１９９〜２０３は、ｐ＋＋ＧａＮ層１９３の平面表面２０６の全域にわたって分散される。帯状電流ブロッキング構造１９９は、金属ｐ電極１９１の直下にあり、ｐ電極１９１から、帯状電流ブロッキング構造１９９の下方の活性層の領域内への、電流の流れを阻止する。その代わりに、電流は、ＩＴＯ層１９２を横方向に通過して、電流ブロッキング構造によって覆われていない区域内のｐ＋＋ＧａＮ層１９３内へと流れ込む。電流ブロッキング構造１９９〜２０３は、ｐ電極１９１の真下にはない活性層１９５の部分内での光生成２０５が、実質的に均一となる一方で、ｐ電極１９１の真下にある活性層１９５の部分内では、光生成が実質的に存在しないように、互いに離間配置される。
【００４０】
図１１は、第１の新規態様による方法２００のフローチャート図である。帯状電流ブロッキング構造を形成することによって、ＬＥＤを製造する（工程２０１）。帯状電流ブロッキング構造は、第１方向に延在し、第１の正方形区域Ａ、第２の正方形区域Ｂ、及び第３の正方形区域Ｃが、互いに当接して、第１方向に垂直な第２方向で、かつ帯状電流ブロッキング構造から離れる方向で、Ａ、Ｂ、Ｃの順序で列を成して延在する。区域Ａ、Ｂ、及びＣのそれぞれは、４００平方マイクロメートルの正方形区域である。
【００４１】
複数個の電流ブロッキング構造のうちの、少なくとも第１の電流ブロッキング構造が、Ａの少なくとも一部を覆い、複数個の電流ブロッキング構造のうちの、少なくとも第２の電流ブロッキング構造が、Ｂの少なくとも一部を覆い、複数個の電流ブロッキング構造のうちの、少なくとも第３の電流ブロッキング構造が、Ｃの少なくとも一部を覆うように、複数個の電流ブロッキング構造を形成する（工程２０２）。複数個の電流ブロッキング構造は、ＡのＸパーセントを覆い、ＢのＹパーセントを覆い、ＣのＺパーセントを覆う。一具体実施例では、Ｘ＞Ｚである。例えば、Ｘ＞Ｙ＞Ｚである、図５のディスク形状の電流ブロッキング構造の特定の分散を参照されたい。
【００４２】
帯状電極を、その帯状電極が帯状電流ブロッキング構造の真上に配置されるように形成する（工程２０３）。
この帯状電極を通過する電流の流れが、ＬＥＤから光を放射させる。
【００４３】
図１１の方法２００の一実施例では、帯状電流ブロッキング構造は、図５の帯状電流ブロッキング構造４２であり、複数個の電流ブロッキング構造は、図５の複数個の電流ブロッキング構造４６〜６１であり、帯状電極は、図５の帯状電極４１である。帯状電極４１は、下に重なる帯状電流ブロッキング構造４２よりも幅が狭い。帯状電極は、図１１のフローでは、帯状電流ブロッキング構造の後に、かつ複数個の電流ブロッキング構造の後に形成されるように示されるが、このフローは例示的なものであって、単に説明目的のために提示される。一部の実施例では、帯状電極は、帯状電流ブロッキング構造の形成の前に、かつ複数個の電流ブロッキング構造の形成の前に形成される。
【００４４】
一実施例では、工程２０１の帯状電流ブロッキング構造の形成、及び工程２０２の複数個の電流ブロッキング構造の形成は、ｐ＋＋ＧａＮ層及びｐ−ＧａＮ層の選択区域を損傷若しくは破壊することによって達成される。別の実施例では、工程２０１の帯状電流ブロッキング構造の形成、及び工程２０２の複数個の電流ブロッキング構造の形成は、ｐ＋＋ＧａＮ層の選択区域をエッチング除去して、非オーミック接触の選択区域を形成することによって達成される。
【００４５】
特定の具体的実施形態が、指示目的のために上述されているが、本特許文書の教示は、一般的な適用性を有するものであり、上述の具体的実施形態に限定されるものではない。複数個の電流ブロッキング構造は、多くの方式でサイズ決定及び離間配置することができる。複数個の電流ブロッキング構造のうちの一部は、同一サイズのものとすることができるが、その一方で、他のものは別サイズのものとすることができる。複数個の電流ブロッキング構造のうちの一部は、同一形状のものとすることができるが、その一方で、他のものは別形状のものとすることができる。一実施例では、区域の電流密度は、ブロッキング構造のサイズを増大させることによって（それらの構造間の、中心間の距離が一定である場合）減少する。別の実施例では、区域の電流密度は、同じサイズの隣り合う電流ブロッキング構造間の空隙を減少させることによって減少する。図５には示されないが、垂直方向に延びる列の、隣り合う電流ブロッキング構造間の離隔距離は、その列が、帯状電流ブロッキング構造４２の垂直方向に延びる縁部６６から、どの程度遠く離隔するかに応じて、増大させることができる。その列が、縁部６６から遠く離隔するほど、その列の電流ブロッキング構造間の離隔距離は大きくなる。
【００４６】
一実施例では、電流ブロッキング層は、複数個の個別機構ではなく、メッシュ、又は穴を有する他の一体構造である。そのようなメッシュ電流ブロッキング層の空隙率は、実質的に電流の流れが存在しない、不透明な金属電極の真下に配置される活性層の区域内を除いて、ＬＥＤの活性層を通過する電流の流れが、実質的に均一となるように、ＬＥＤの全域にわたって横方向に延びて変更される。したがって、説明される実施形態の様々な特徴の、様々な修正、応用、及び組み合わせは、特許請求の範囲に記載されるような、本発明の範囲から逸脱することなく、実践することができる。
【図１】
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【図２】
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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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【図１１】
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【図３】
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