(57)【要約】  光源（４０）とその製造方法を開示する。光源は、基板（２１）と活性層（２３）を取り囲む半導体の第１および第２層（２２、２４）を含む。第１層は基板に隣接して第１導電型材料を含む。活性層は、第１層を覆い、そこで正孔と電子が再結合するときに光を生成する。第２層は活性層を覆い第２導電型材料を含み、第２層は活性層を覆う第１表面と第１表面に対向する第２表面を有する。トレンチ（４８）は第２層と活性層を通り第１層に延在する。トレンチは、電気絶縁壁（４５）を有する。第１電極（４７）は、第１電極が第１層と電気接触するように、トレンチ内に配され、第２電極（２６）は第２層と電気接触する。【選択図】図３
2011517100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と；
前記基板に隣接して第１導電型材料を備える第１層と；
前記第１層を覆う活性層であって、そこで正孔と電子が再結合するときに光を生成する活性層と；
前記活性層を覆い、第２導電型材料を備える第２層であって、前記活性層を覆う第１表面と前記第１表面と対向する第２表面とを有する第２層と；
前記第１層と前記活性層を通って前記第１層へと延在するトレンチであって、電気絶縁壁を有するトレンチと；
前記トレンチ内に配される第１電極であって、前記第１電極は前記第１層と電気接触するようになされる、第１電極と；
前記第２層に電気接触する第２電極とを備える；
光源。
【請求項２】
前記電気絶縁壁はＳｉＮの層を備える；
請求項１の光源。
【請求項３】
前記第１電極は、前記トレンチを満たし、かつ、前記絶縁壁に接している金属層を備える；
請求項１の光源。
【請求項４】
前記第２電極と前記第２表面との間に透明な導電材料の層をさらに備える；
請求項１の光源。
【請求項５】
前記第２電気接点の下に敷かれ、前記透明な導電材料の第２層と前記第２表面との間に配される電気絶縁体をさらに備える；
請求項４の光源。
【請求項６】
前記電気絶縁壁は絶縁材料の層を備え、前記電気絶縁体は同じ絶縁材料を備える；
請求項５の光源。
【請求項７】
前記絶縁材料は、ＳｉＮ、ＡｌＮｘ、ＴｉＯｘ、ＡｌＯｘおよびＳｉＯｘＮｙからなるグループから選ばれる；
請求項６の光源。
【請求項８】
発光素子を製造する方法であって、
基板に隣接して第１導電型材料を備える第１層を重ねる工程と；
前記第１層を覆って活性層を重ねる工程であって、前記活性層は、そこで正孔と電子が再結合するとき光を生成する、工程と；
前記活性層を覆い第２導電型材料を備える第２層を重ねる工程であって、前記第２層は、前記活性層を覆う第１表面と前記第１表面に対向する第２表面とを有する、工程と；
前記第２層と前記活性層を通り前記第１層へ延在するトレンチをエッチングする工程と；
前記トレンチに絶縁材料を重ねる工程と；
前記絶縁層の一部に前記絶縁層の孔をエッチングし、前記第１層の一部を前記トレンチに晒す工程と；
前記トレンチに導電材料の層を重ねて前記第１層に電気接続する第１接点を形成する工程とを備える；
方法。
【請求項９】
前記トレンチ内で前記絶縁層を重ねるときに同時に、前記第２表面に前記絶縁材料を重ね、前記絶縁材料をパターン付けして前記第２表面に隣接する絶縁材料のアイランドを形成する工程をさらに備える；
請求項８の方法。
【請求項１０】
前記アイランドと前記第２表面の上に導電材料の透明な層を重ね、その後に前記導電材料の上に導電材料のパターン付けされた層を重ねて前記透明な層に電気接続する第２接点を形成する工程をさらに備える；
請求項９の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
発光素子（ＬＥＤ）は、電気エネルギを変換する半導体素子の一重要分類である。これらの素子の改良は、白熱灯や蛍光灯の光源に取って代わるようになされる照明器具分野における利用という結果に結びつく。ＬＥＤは、顕著に長い寿命と、ある場合は電気エネルギの光への変換の顕著に高い効率とを有する。
【０００２】
生成される光のルーメン当たりのコストは、この新技術が従来の光源に取って代わる速さを決める上で重要なファクターである。与えられた材料系について、ＬＥＤ表面の単位面積当たりで生成される光には、ＬＥＤが動作する温度と放熱のような熱的要素により決まる最大値がある。ＬＥＤ温度が上昇すると、光変換効率は低下する。ＬＥＤのコストは、その上にＬＥＤが製造されるダイの面積に比例する。ＬＥＤ表面の単位面積当たり最大の光出力があるので、光を生成しないダイの領域は、ＬＥＤのルーメン当たりのコストを増加させる。
【０００３】
ＬＥＤは基板上に形成された３層構造とみなされ、光を生成する活性層は、ｐ層とｎ層の間にサンドウィッチされる。電力は、問題となっている層全体に電流を拡散するｐ層とｎ層の接点を通じて印加される。典型的には、ｎ層が基板に隣接し、ｐ層が最上層となる。ｐ層全体に拡散する電流は、ｐ層の表面を覆う電極構造により、容易に得られる。ＬＥＤがｐ層を通して発光する場合には、電極構造はＩＴＯなどの透明な層を含む。
【０００４】
ｎ層への接点は、ｐ層と活性層を通じてエッチングされたトレンチに形成される。十分な電流拡散エリアを提供するためには、このトレンチに使用される表面積はＬＥＤの表面積のかなりの割合となる。このトレンチのサイズは、製造工程での位置合せ寸法公差を受け入れるためにさらに大きくなる。トレンチのエリアは光を生成しない。それゆえ、このトレンチは、ＬＥＤのルーメン当たりのコストにおいて重要なファクターとなる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、光源とそれを製造する方法を含む。光源は、基板と、活性層を囲む半導体の第１層と第２層とを含む。第１層は基板に隣接して第１導電型の材料を含む。活性層は、第１層を覆い、そこで正孔と電子が再結合するときに光を生成する。第２層は、活性層を覆い第２導電型の材料を含み、第２層は活性層を覆う第１表面と、第１表面と対向する第２表面とを有する。トレンチが第２層および活性層を通って第１層に延在する。トレンチは、電気絶縁壁を有する。第１電極が、第１層と電気接触するように、トレンチに配され、第２電極は第２層と電気接触する。本発明の一態様では、電気絶縁壁は、ＳｉＮの層を備える。本発明の別の態様では、第１電極は、トレンチに充満する金属層を含み、絶縁壁に接する。本発明のさらに別の態様では、透明な導電性材料の層が、第２電極と第２表面との間に配される。本発明の更なる態様では、電気絶縁体が第２電気電極の下に敷かれ、透明な導電性材料の第２層と第２表面との間に配される。絶縁材料は、トレンチの壁にある絶縁層と同じである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、従来技術のＬＥＤ２０の上面図である。
【図２】図２は、図１に示す線２−２に沿ったＬＥＤ２０の断面図である。
【図３】図３は、本発明の一態様によるＬＥＤの断面図である。
【図４】図４は、本発明の一態様によるＬＥＤ５０の製造の断面図である。
【図５】図５は、本発明の一態様によるＬＥＤ５０の製造の断面図である。
【図６】図６は、本発明の一態様によるＬＥＤ５０の製造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明がその利点を提供する方法は、先行技術のＬＥＤを示す図１および２を参照することで簡単に理解できる。図１はＬＥＤ２０の上面図であり、図２は図１に示す線２−２に沿ったＬＥＤ２０の断面図である。ＬＥＤ２０は、基板２１上にいくつもの層を重ねることにより、基板２１上に作られる。ＬＥＤ２０は、ｎ型層２２、活性層２３およびｐ型層２４からなる３層を有するとみなされる。これらの層のそれぞれは、いくつかの副層を含むが、副層は本発明には関係しないので、図面簡略化のために、図面では副層を省略している。
【０００８】
活性層２３は、層２２と層２４の間に生じる電位差に反応してそこで正孔と電子が結合するときに、光を生成する。電位差は、接点２６、２７を電源に接続することにより生ずる。ｐ層の抵抗率は、ｐ層全体に拡散した十分な電流を提供するには大きすぎるのが普通で、それゆえ、接点２６と層２４の間に透明な電極２５を重ねて電流の拡散を容易にする。
【０００９】
層２２へのアクセスを提供するために、トレンチ２８が層２３、２４を通って層２２へエッチングされる。それから、トレンチ２８に接点２７を置く。十分な電流の拡散を提供するために、トレンチはＬＥＤ２０を横断して延在する。大きなＬＥＤでは、複数のトレンチが存在する。それゆえ、トレンチのエリアは、ＬＥＤの発光エリアのかなりの割合となる。ＬＥＤのトレンチにされた部分は光を生成しないので、トレンチのエリアは、光生成の観点からは無駄であり、それゆえ、ＬＥＤのルーメン当たりのコストを増加させる。
【００１０】
先行技術の設計では、トレンチのエリアは接点２７で覆われるエリアよりかなり大きい。接点２７が層２３、層２４の何れにも電気的に接触しないことは、接触の結果の短絡がＬＥＤを動かなくしてしまうので、非常に重要である。先行技術のＬＥＤ製造システムでは、接点２７は直接トレンチ２８中に置かれている。トレンチ中に金属層を置くときに接触が形成されないことを確実にするために、トレンチは、接点２７よりかなり広く作られ、製造過程中の位置合せ誤差を受け入れられるようにする。それに続く製造工程では、湿気やその他の環境汚染物質がそれらの層を痛めることを防止するためにＬＥＤを封入する工程の一部として、接点２７とトレンチの壁の間のエリアが絶縁材料で満たされる。接点２７はトレンチ２８の壁と接触していないので、絶縁材料の品質は重要ではない。たとえば、絶縁材料のピンホールは短絡には繋がらない。
【００１１】
本発明は、ピンホールのない絶縁材料でトレンチにライニングをし、それからライニングされたトレンチに接点材料を置くことにより、短絡の問題を克服する。トレンチのライニングの厚さは、上記の製造方法で用いられる空隙よりも遥かに小さく、それゆえ、トレンチのために喪失するエリアはかなり縮小される。トレンチのライニングを提供するのに必要となるマスキング作業は、ＬＥＤの電流変換効率をさらに改良するのに用いられる別のマスキング作業と組み合わされ、それゆえ、追加の重ね工程のコストは僅かである。
【００１２】
ここで、本発明の一態様によるＬＥＤの断面図である図３を参照する。ＬＥＤ４０もまた、ｎ型層２２、活性層２３およびｐ型層２４からなる３層を有しているものとして示される。透明電極４４を重ねる前に、トレンチ４８が層２３および層２４を通って層２２へエッチングされる。次にＳｉＮのパターン付き層を重ね、接点２６の下に絶縁アイランド４３を生成し、４５として示されるようにトレンチ４８の壁を絶縁する。絶縁層４５は、接点４７が層２３および層２４と短絡することを防止する。トレンチ４８の幅は典型的には１０μｍであり、層４５の厚さは典型的には１００ｎｍである。先行技術の素子では、トレンチは典型的には３０μｍである。それゆえ、本発明は、トレンチに必要なエリアのかなりの縮小を提供する。
【００１３】
絶縁アイランド４３は基本的に、接点２６の真下の活性層を通り抜ける電流をブロックする。一般的に、接点２６は不透明で部分的吸収をし、それゆえ、接点２６の真下の領域で生成した光のかなりの割合が失われる。それゆえ、アイランド４３がない場合には、接点２６の下の領域を通る電流のかなりの割合が無駄にされ、消費電力のワット当たりの光出力により測定される効率の減少となる。さらに、無駄な電流は、除去しなければならない熱を発生する。アイランド２６はこの無駄を防止し、それゆえ、ＬＥＤ４０の電力変換効率を上昇させ、ＬＥＤ４０から出る光のルーメン当たりのＬＥＤで生成される熱を低減する。アイランド４３のようなアイランドを用いる従来技術の設計では、アイランドは、ＰＥＣＶＤ  ＳｉＯｘ薄膜で製造された。しかし、ＳｉＯｘは、ＳｉＯｘ誘電層薄膜でピンホールが普通にあることから、トレンチ４８の壁を絶縁するのには適切な誘電材料ではない。
【００１４】
ＬＥＤ４０を製造する方法は、本発明の一態様によるＬＥＤ５０の製造の断面図である図４〜６を参照することにより容易に理解できるであろう。図４を参照すると、上述のように基板２１上に層２２〜２４を重ねる。それから、トレンチ５８を層２３および層２４を通って層２２へエッチングする。図５を参照すると、次にパターン付ＳｉＮ層を重ねてアイランド５３とトレンチ５８の壁に絶縁層５５とを形成する。層５５の底部５２をエッチングして、層２２への電気アクセスを提供する。次に、トレンチ５８を保護しながら、電流拡散層４４を重ね、アイランド５３上にパターン付けする。最後に、パターン付金属層を重ね、図６に示すように接点５６と接点５７を形成する。
【００１５】
本発明による上記のＬＥＤは、上述のように、アイランド５３のような電流ブロックアイランドを利用する。しかし、この特徴を有していない本発明によるＬＥＤもまた、製造することができる。この特徴は、トレンチ壁を絶縁するのに用いられるのと同じ層によって僅かなコストで得られ、それゆえ、本発明のＬＥＤでは特に魅力的である。
【００１６】
本発明による上述のＬＥＤは、トレンチ壁の絶縁材料としてＳｉＮを利用する。この材料は、接点２７と層２３または層２４との間の短絡を生ずる可能性のあるピンホールなしで薄膜層に重ねられるので、特に魅力的である。しかし、他の絶縁材料を用いることもできる。たとえば、ＡｌＮｘ、ＴｉＯｘ、ＡｌＯｘまたはＳｉＯｘＮｙを用いることができる。
【００１７】
本発明による上述のＬＥＤは、ＬＥＤの上面から発光し、それゆえ、透明な電流拡散層を用いる。しかし、基板の底面を通って発光する実施の形態を作ることもできる。この場合、上面の電流拡散層は、ＬＥＤの上面から基板へ向けて光の方向を変える反射面であってもよい。そのような実施の形態では、電気接点の下の絶縁アイランドの利益を受けないので、絶縁アイランドを欠くであろう。
【００１８】
上述のＬＥＤは、ｎ型層を基板の上に重ね、ｐ型層を最後に重ねる構成を利用する。しかし、ｐ型層を最初に重ねて本発明によるＬＥＤを作ることもできる。
【００１９】
前述の説明および添付の図面より、当業者にとって本発明の種々の変更が明らかとなるであろう。したがって、本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図１】
2011517100.tif 000003
【図２】
2011517100.tif 000004
【図３】
2011517100.tif 000005
【図４】
2011517100.tif 000006
【図５】
2011517100.tif 000007
【図６】
2011517100.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月5日(2010.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と；
前記基板に隣接して第１導電型材料を備える第１層と；
前記第１層を覆う活性層であって、そこで正孔と電子が再結合するときに光を生成する活性層と；
前記活性層を覆い、第２導電型材料を備える第２層であって、前記活性層を覆う第１表面と前記第１表面と対向する第２表面とを有する第２層と；
前記第１層と前記活性層を通って前記第１層へと延在するトレンチであって、電気絶縁壁を有するトレンチと；
前記トレンチ内に配される第１電極であって、前記第１電極は前記第１層と電気接触するようになされる、第１電極と；
前記第２層に電気接触する第２電極とを備える；
光源。
【請求項２】
前記電気絶縁壁はＳｉＮの層を備える；
請求項１の光源。
【請求項３】
前記第１電極は、前記トレンチを満たし、かつ、前記絶縁壁に接している金属層を備える；
請求項１の光源。
【請求項４】
前記第２電極と前記第２表面との間に透明な導電材料の層をさらに備える；
請求項１の光源。
【請求項５】
前記第２電極の下に敷かれ、前記透明な導電材料の層と前記第２表面との間に配される電気絶縁体をさらに備える；
請求項４の光源。
【請求項６】
前記電気絶縁壁は絶縁材料の層を備え、前記電気絶縁体は同じ絶縁材料を備える；
請求項５の光源。
【請求項７】
前記絶縁材料は、ＳｉＮ、ＡｌＮｘ、ＴｉＯｘ、ＡｌＯｘおよびＳｉＯｘＮｙからなるグループから選ばれる；
請求項６の光源。
【請求項８】
発光素子を製造する方法であって、
基板に隣接して第１導電型材料を備える第１層を重ねる工程と；
前記第１層を覆って活性層を重ねる工程であって、前記活性層は、そこで正孔と電子が再結合するとき光を生成する、工程と；
前記活性層を覆い第２導電型材料を備える第２層を重ねる工程であって、前記第２層は、前記活性層を覆う第１表面と前記第１表面に対向する第２表面とを有する、工程と；
前記第２層と前記活性層を通り前記第１層へ延在するトレンチをエッチングする工程と；
前記トレンチに絶縁材料を備える絶縁層を重ねる工程と；
前記絶縁層の一部に孔をエッチングし、前記第１層の一部を前記トレンチに晒す工程と；
前記トレンチに導電材料の層を重ねて前記第１層に電気接続する第１接点を形成する工程とを備える；
方法。
【請求項９】
前記トレンチ内で前記絶縁層を重ねるときに同時に、前記第２表面に前記絶縁材料を重ね、前記絶縁材料をパターン付けして前記第２表面に隣接する絶縁材料のアイランドを形成する工程をさらに備える；
請求項８の方法。
【請求項１０】
前記アイランドと前記第２表面の上に導電材料の透明な層を重ね、その後に前記導電材料の上に導電材料のパターン付けされた層を重ねて前記透明な層に電気接続する第２接点を形成する工程をさらに備える；
請求項９の方法。
【国際調査報告】
2011517100.tif 000009
2011517100.tif 000010