(57)【要約】  発光ダイオード（ＬＥＤ）が、ベースおよびベース上のメサを画定するエピタキシャル構造を含む。ベースは、ＬＥＤの発光表面を画定し、そして電流拡がり層を含む。メサは、厚い閉込め層、光を発する厚い閉込め層上の光発生領域、光発生領域上の薄い閉込め層、および薄い閉込め層上のコンタクト層を含み、コンタクト層がメサの上部を画定する。光発生領域から発される光の一部分を反射するためにコンタクト層上に反射コンタクトがあり、反射光はメサでコリメートされ、そしてベースを通して発光表面に導かれる。一部の実施形態において、エピタキシャル構造は非透過性基板上に成長される。基板は除去される、または光をコリメートする拡張反射体を形成するために使用される。【選択図】図１３
2021521644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、
エピタキシャル構造を備え、前記エピタキシャル構造が、
前記マイクロＬＥＤの発光表面を画定し、かつ第１の型のドーピングを伴う電流拡がり層を含むベースと、
前記ベース上のメサであって、
前記第１の型のドーピングを伴う第１の閉込め層と、
光を発する、前記第１の閉込め層上の光発生領域と、
前記第１の型のドーピングと反対の第２の型のドーピングを伴う、前記光発生領域上の第２の閉込め層と、
前記第２の閉込め層上の前記第２の型のドーピングを伴うコンタクト層であって、前記メサの上部を画定し、前記第２の閉込め層および前記コンタクト層が前記第１の閉込め層より薄い、コンタクト層と
を含むメサとを画定し、前記ＬＥＤが更に
前記光発生領域から発される前記光の一部分を前記発光表面に反射する、前記コンタクト層上の反射コンタクト
を備える、ＬＥＤ。
【請求項２】
前記第１の型のドーピングがｎ型ドーピングであり、かつ前記第２の型のドーピングがｐ型ドーピングであるか、または
前記第１の型のドーピングがｐ型ドーピングであり、かつ前記第２の型のドーピングがｎ型ドーピングである、
請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項３】
前記ベースが、前記電流拡がり層上の前記第１の型のドーピングを伴うエッチストップ層を更に含み、前記第１の閉込め層が前記エッチストップ層上にあり、
前記マイクロＬＥＤが、前記エッチストップ層上の第２のコンタクトを更に含む、
請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項４】
前記マイクロＬＥＤが、
前記電流拡がり層上の第２のコンタクトと、
前記反射コンタクト上の第１のバンプと、
前記第２のコンタクト上の第２のバンプと
を更に含む、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項５】
前記ベースが、前記発光表面を画定する前記第１の型のドーピングを伴うエッチストップ層を更に含み、前記電流拡がり層が前記エッチストップ層上にある、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項６】
前記第１の閉込め層が前記電流拡がり層より厚く、
前記電流拡がり層が前記光発生領域より厚い、
請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項７】
前記メサが、
前記メサの前記上部が切頭上部を画定する放物面形状、
前記メサの前記上部が切頭上部を画定する円筒形状、
前記メサの前記上部が切頭上部を画定する円錐形状、または
垂直メサ形状
のうちの１つとして形成される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項８】
前記ベースを通して導かれる前記光の一部分を反射してコリメートするために前記ベースに形成される拡張反射体を更に備える、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項９】
前記拡張反射体が、前記ベースの前記発光表面の発光部周りに画定される複数のエアギャップまたは反射充填材料を含む、請求項８に記載のＬＥＤ。
【請求項１０】
基板を更に備え、前記エピタキシャル構造が前記基板上に形成される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１１】
前記基板が前記光に対して非透過性であり、かつ前記発光表面での光の伝達を許容する開口を含む、請求項１０に記載のＬＥＤ。
【請求項１２】
前記基板が、前記発光表面を通して伝達される光の一部分を反射してコリメートする拡張基板反射体を含む、請求項１０に記載のＬＥＤ。
【請求項１３】
前記拡張基板反射体が、前記基板において画定される開口の表面上の反射材料を含む、請求項１２に記載のＬＥＤ。
【請求項１４】
前記拡張基板反射体の前記開口が、放物面形状または傾斜形状の１つを含む、請求項１３に記載のＬＥＤ。
【請求項１５】
前記メサが、高さが１から４００μｍの間でかつ幅が３０から１５００μｍの間である、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１６】
前記コンタクト層および前記第２の閉込め層が第２のクラッドを形成し、前記第２のクラッドが５８０ｎｍ未満であり、かつ、
前記電流拡がり層および前記第１の閉込め層が第１のクラッドの少なくとも一部分を形成し、前記第１のクラッドが２μｍより大きい、
請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１７】
前記第２のクラッドが５５から５８０ｎｍの間であり、かつ、
前記第１のクラッドが２から１２μｍの間である、
請求項１６に記載のＬＥＤ。
【請求項１８】
前記光発生領域が前記メサの放物面焦点に配置される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１９】
前記光発生領域が、前記反射コンタクトによって反射される前記光の波腹に配置される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項２０】
前記光が赤色光または赤外光を含み、
前記メサが、１０μｍ未満の前記ベースでの直径を有する放物面形状を含み、かつ、
前記第２の閉込め層および前記コンタクト層が合わせて３００ｎｍ未満である、
請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項２１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）を製造するための方法であって、
基板上に、第１の型のドーピングを伴う電流拡がり層、前記第１の型のドーピングを伴う第１の閉込め層、前記第１の型のドーピングと反対の第２の型のドーピングを伴う第２の閉込め層、前記第１の閉込め層と前記第２の閉込め層との間の光発生領域、および前記第２の型のドーピングを伴うコンタクト層を含むエピタキシャル構造であって、前記第２の閉込め層および前記コンタクト層が前記第１の閉込め層より薄い、エピタキシャル構造を成長させることと、
前記エピタキシャル構造にベースおよび前記ベース上のメサを形成することであって、前記ベースが前記マイクロＬＥＤの発光表面を画定し、かつ前記電流拡がり層を含み、前記メサが前記第２の閉込め層、前記光発生領域、および前記メサの上部を画定する前記コンタクト層を含む、ベースおよび前記ベース上のメサを形成することと、
前記光発生領域から発される光の一部分を前記発光表面に反射する、前記コンタクト層上の反射コンタクトを形成することと
を含む、方法。
【請求項２２】
前記第１の型のドーピングがｎ型ドーピングであり、かつ前記第２の型のドーピングがｐ型ドーピングであるか、または
前記第１の型のドーピングがｐ型ドーピングであり、かつ前記第２の型のドーピングがｎ型ドーピングである、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記エピタキシャル構造から前記基板を分離して前記発光表面を露出させることを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記光発生領域が、前記メサの放物面焦点に配置される量子井戸を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記光発生領域が、前記反射コンタクトによって反射される前記光の波腹に配置される量子井戸を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記光が赤色光または赤外光を含み、
前記メサが、１０μｍ未満の直径を有する放物面形状を含み、かつ、
前記第２の閉込め層および前記コンタクト層が合わせて３００ｎｍ未満である、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、
エピタキシャル構造を備え、前記エピタキシャル構造が、
前記マイクロＬＥＤの発光表面を画定し、かつ第１の型のドーピングを伴う電流拡がり層を含むベースと、
前記ベース上のメサであって、
前記第１の型のドーピングを伴う第１の閉込め層と、
光を発する、前記第１の閉込め層上の光発生領域と、
前記第１の型のドーピングと反対の第２の型のドーピングを伴う、前記光発生領域上の第２の閉込め層と、
前記第２の閉込め層上の前記第２の型のドーピングを伴うコンタクト層であって、前記メサの上部を画定し、前記第２の閉込め層および前記コンタクト層が前記第１の閉込め層より薄い、コンタクト層と
を含むメサとを画定し、前記ＬＥＤが更に
前記光発生領域から発される前記光の一部分を前記発光表面に反射する、前記コンタクト層上の反射コンタクト
を備える、ＬＥＤ。
【請求項２８】
前記第１の型のドーピングがｎ型ドーピングであり、かつ前記第２の型のドーピングがｐ型ドーピングであるか、または
前記第１の型のドーピングがｐ型ドーピングであり、かつ前記第２の型のドーピングがｎ型ドーピングである、
請求項２７に記載のＬＥＤ。
【請求項２９】
前記ベースが、前記電流拡がり層上の前記第１の型のドーピングを伴うエッチストップ層を更に含み、前記第１の閉込め層が前記エッチストップ層上にあり、
前記マイクロＬＥＤが、前記エッチストップ層上の第２のコンタクトを更に含む、
請求項２７または２８に記載のＬＥＤ。
【請求項３０】
前記マイクロＬＥＤが、
前記電流拡がり層上の第２のコンタクトと、
前記反射コンタクト上の第１のバンプと、
前記第２のコンタクト上の第２のバンプと
を更に含む、請求項２７から２９のいずれか一項に記載のＬＥＤ。
【請求項３１】
前記ベースが、前記発光表面を画定する前記第１の型のドーピングを伴うエッチストップ層を更に含み、前記電流拡がり層が前記エッチストップ層上にある、請求項２７から３０のいずれか一項に記載のＬＥＤ。
【請求項３２】
前記第１の閉込め層が前記電流拡がり層より厚く、
前記電流拡がり層が前記光発生領域より厚い、
請求項２７から３１のいずれか一項に記載のＬＥＤ。
【請求項３３】
前記メサが、
前記メサの前記上部が切頭上部を画定する放物面形状、
前記メサの前記上部が切頭上部を画定する円筒形状、
前記メサの前記上部が切頭上部を画定する円錐形状、もしくは
垂直メサ形状
のうちの１つとして形成され、かつ／または、
前記メサが、高さが１から４００μｍの間でかつ幅が３０から１５００μｍの間である、
請求項２７から３２のいずれか一項に記載のＬＥＤ。
【請求項３４】
前記ベースを通して導かれる前記光の一部分を反射してコリメートするために前記ベースに形成される拡張反射体を更に備え、
任意選択で、前記拡張反射体が、前記ベースの前記発光表面の発光部周りに画定される複数のエアギャップまたは反射充填材料を含む、
請求項２７から３３のいずれか一項に記載のＬＥＤ。
【請求項３５】
基板を更に備え、前記エピタキシャル構造が前記基板上に形成され、
任意選択で、前記基板が前記光に対して非透過性であり、かつ前記発光表面での光の伝達を許容する開口を含み、かつ／または、
任意選択で、前記基板が、前記発光表面を通して伝達される光の一部分を反射してコリメートする拡張基板反射体を含み、
任意選択で、前記拡張基板反射体が、前記基板において画定される開口の表面上の反射材料を含み、
任意選択で、前記拡張基板反射体の前記開口が、放物面形状または傾斜形状の１つを含む、
請求項２７から３４のいずれか一項に記載のＬＥＤ。
【請求項３６】
前記コンタクト層および前記第２の閉込め層が第２のクラッドを形成し、前記第２のクラッドが５８０ｎｍ未満であり、かつ、
前記電流拡がり層および前記第１の閉込め層が第１のクラッドの少なくとも一部分を形成し、前記第１のクラッドが２μｍより大きく、
任意選択で、
前記第２のクラッドが５５から５８０ｎｍの間であり、かつ、
前記第１のクラッドが２から１２μｍの間である、
請求項２７から３５のいずれか一項に記載のＬＥＤ。
【請求項３７】
前記光発生領域が前記メサの放物面焦点に配置され、かつ／または、
前記光発生領域が、前記反射コンタクトによって反射される前記光の波腹に配置され、かつ／または、
前記光が赤色光または赤外光を含み、
前記メサが、１０μｍ未満の前記ベースでの直径を有する放物面形状を含み、かつ、
前記第２の閉込め層および前記コンタクト層が合わせて３００ｎｍ未満である、
請求項２７から３６のいずれか一項に記載のＬＥＤ。
【請求項３８】
発光ダイオード（ＬＥＤ）を製造するための方法であって、
基板上に、第１の型のドーピングを伴う電流拡がり層、前記第１の型のドーピングを伴う第１の閉込め層、前記第１の型のドーピングと反対の第２の型のドーピングを伴う第２の閉込め層、前記第１の閉込め層と前記第２の閉込め層との間の光発生領域、および前記第２の型のドーピングを伴うコンタクト層を含む、エピタキシャル構造であって、前記第２の閉込め層および前記コンタクト層が前記第１の閉込め層より薄い、エピタキシャル構造を成長させることと、
前記エピタキシャル構造にベースおよび前記ベース上のメサを形成することであって、前記ベースが前記マイクロＬＥＤの発光表面を画定し、かつ前記電流拡がり層を含み、前記メサが前記第２の閉込め層、前記光発生領域、および前記メサの上部を画定する前記コンタクト層を含む、ベースおよび前記ベース上のメサを形成することと、
前記光発生領域から発される光の一部分を前記発光表面に反射する、前記コンタクト層上の反射コンタクトを形成することと
を含む、方法。
【請求項３９】
前記第１の型のドーピングがｎ型ドーピングであり、かつ前記第２の型のドーピングがｐ型ドーピングであるか、または
前記第１の型のドーピングがｐ型ドーピングであり、かつ前記第２の型のドーピングがｎ型ドーピングである、
請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記エピタキシャル構造から前記基板を分離して前記発光表面を露出させることを更に含む、請求項３８または３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記光発生領域が、前記メサの放物面焦点に配置される量子井戸を含み、かつ／または、
前記光発生領域が、前記反射コンタクトによって反射される前記光の波腹に配置される量子井戸を含み、かつ／または、
前記光が赤色光または赤外光を含み、
前記メサが、１０μｍ未満の直径を有する放物面形状を含み、かつ、
前記第２の閉込め層および前記コンタクト層が合わせて３００ｎｍ未満である、
請求項３８から４０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）の効率は、典型的に波長（グリーンギャップ）、接合温度Ｔｊおよび電流密度に依存している。小型（ミニ／マイクロ）ＬＥＤの利点は、良好な内部３Ｄ熱拡がり（例えば、＜６０μｍ直径）および低いＴｊである。これが、小型ＬＥＤの電流密度およびより長いデバイス寿命でのより高い効率の説明になる。より低い駆動電流（例えば、１ｎＡ〜１μＡ）での拡張現実感（ＡＲ）用の２Ｄ表示またはより高い駆動電流（例えば、１〜３００μＡ）での１Ｄ走査におけるような、一層小型のμＬＥＤ（例えば、＜１０μｍ）の応用に関して、μＬＥＤの異なる電流密度およびサイズで異なる損失メカニズムがある。低電流密度（例えば、１μＡ／ｍｍ２未満）を使用するμＬＥＤに関しては、効率は５％未満であり得る。対照的に、より大電力のＬＥＤは、最高６０％の効率で、かつ０．３５Ａ／ｃｍ２を超える中電流密度で動作することができる。エピタキシャル構造における非放射再結合およびエッチングされたメサ面での表面再結合損失を低減させ、そして低い（２Ｄ表示）または非常に高い（１Ｄ配列）電流密度で動作させつつ光取出し効率（ＬＥＥ）を増加させることによって、μＬＥＤ動作は改善され得る。
【発明の概要】
【０００２】
実施形態は、低または高電流密度で高ＬＥＥを有する、μＬＥＤなどの、ＬＥＤに関した。ＬＥＤが、ベースおよびベース上のメサを画定するエピタキシャル構造を含む。ベースは、マイクロＬＥＤの発光表面を画定し、そして電流拡がり層を含む。メサは、厚い閉込め層、光を発する厚い閉込め層上の光発生領域（例えば、多重量子井戸（ＭＱＷ）を含む）、光発生領域上の薄い閉込め層、および薄い閉込め層上のコンタクト層を含み、コンタクト層がメサの上部を画定する。光発生領域からの後方放出光の一部分を反射するためにコンタクト層上に反射コンタクトがある。光発生領域からの側方進行光が、メサ面および反射コンタクト（または他の反射体層）で（放物面メサにおいて９０°）反射され、そしてベースを通して（放物面または円錐反射体型などの場合、平行ビームとして）発光表面に導かれる。
【０００３】
一部の実施形態は、基板上にエピタキシャル構造を成長させることによってＬＥＤを製造することに関する。エピタキシャル構造は、電流拡がり層、厚い閉込め層、薄い閉込め層、厚い閉込め層と薄い閉込め層との間の光発生領域、およびコンタクト層を含む。エピタキシャル構造にベースおよびベース上のメサが形成される。ベースは、ＬＥＤの発光表面を画定し、そして電流拡がり層を含む。メサは、薄い閉込め層、光発生領域、およびメサの上部を画定するコンタクト層を含む。光発生領域から発される光の一部分を反射するためにコンタクト層上に反射コンタクトが形成されるが、反射光はメサでコリメートされ、そしてベースを通して発光表面に導かれる。
【０００４】
本発明に係る実施形態が、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）および方法を対象とする添付の特許請求の範囲に開示されるが、ここでは１つの請求項カテゴリ、例えば方法において言及されるいずれの特徴も、別の請求項カテゴリ、例えばＬＥＤ、システム、記憶媒体およびコンピュータプログラム製品で同様に特許請求されることができる。添付の特許請求の範囲において遡る従属または引用は、形式的理由だけで選ばれている。しかしながら、いずれかの先行する請求項（特に多項従属）に遡る意図した引用から生じるいずれの主題も同様に特許請求されることができ、その結果、請求項およびその特徴のいずれの組合せも開示され、そして添付の特許請求の範囲において選ばれた従属に関係なく特許請求されることができる。特許請求されることができる主題は、添付の特許請求の範囲に述べられる特徴の組合せだけでなく請求項における特徴のいずれの他の組合せも含み、ここでは請求項において言及される各特徴は、請求項におけるいずれの他の特徴または他の特徴の組合せとも組み合わされることができる。更には、本明細書に記載または描写される実施形態および特徴のいずれも、別々の請求項でおよび／あるいは本明細書に記載もしくは描写されるいずれかの実施形態もしくは特徴とのまたは添付の特許請求の範囲の特徴のいずれかとのいずれの組合せでも特許請求されることができる。
【０００５】
本発明に係る実施形態において、発光ダイオード（ＬＥＤ）が、
エピタキシャル構造であって、
マイクロＬＥＤの発光表面を画定するベースであり、第１の型のドーピングを伴う電流拡がり層を含むベースと、
ベース上のメサであり、
第１の型のドーピングを伴う第１の閉込め層と、
光を発する第１の閉込め層上の光発生領域と、
第１の型のドーピングと反対の第２の型のドーピングを伴う光発生領域上の第２の閉込め層と、
第２の閉込め層上の第２の型のドーピングを伴うコンタクト層であり、コンタクト層がメサの上部を画定し、第２の閉込め層およびコンタクト層が第１の閉込め層より薄い、コンタクト層と
を含むメサとを画定する、エピタキシャル構造と、
光発生領域から発される光の一部分を発光表面に反射するコンタクト層上の反射コンタクトとを備えてもよい。
【０００６】
第１の型のドーピングはｎ型ドーピングでもよく、そして第２の型のドーピングはｐ型ドーピングでもよい。
【０００７】
第１の型のドーピングはｐ型ドーピングでもよく、そして第２の型のドーピングはｎ型ドーピングでもよい。
【０００８】
ベースは、電流拡がり層上の第１の型のドーピングを伴うエッチストップ層を含んでもよく、第１の閉込め層がエッチストップ層上であり、そしてマイクロＬＥＤは、エッチストップ層上の第２のコンタクトを含んでもよい。
【０００９】
マイクロＬＥＤは、
電流拡がり層上の第２のコンタクトと、
反射コンタクト上の第１のバンプと、
第２のコンタクト上の第２のバンプと
を含んでもよい。
【００１０】
ベースは、発光表面を画定する第１の型のドーピングを伴うエッチストップ層を含んでもよく、電流拡がり層はエッチストップ層上でもよい。
【００１１】
第１の閉込め層は電流拡がり層より厚くてもよい。
【００１２】
電流拡がり層は光発生領域より厚くてもよい。
【００１３】
メサは、
メサの上部が切頭上部を画定する放物面形状か、
メサの上部が切頭上部を画定する円筒形状か、
メサの上部が切頭上部を画定する円錐形状か、
垂直メサ形状か
のうちの１つとして形成されてもよい。
【００１４】
本発明に係る実施形態において、ＬＥＤが、ベースを通して導かれる光の一部分を反射してコリメートするためにベースに形成される拡張反射体を備えてもよい。
【００１５】
拡張反射体は、ベースに発光表面の発光部周りに画定される複数のエアギャップまたは反射充填材料を含んでもよい。
【００１６】
本発明に係る実施形態において、ＬＥＤが基板を備えてもよく、エピタキシャル構造は基板上に形成されてもよい。
【００１７】
基板は、光に対して非透過性でもよく、そして発光表面での光の伝達を許容する開口を含んでもよい。
【００１８】
基板は、発光表面を通して伝達される光の一部分を反射してコリメートする拡張基板反射体を含んでもよい。
【００１９】
拡張基板反射体は、基板に画定される開口の表面上の反射材料を含んでもよい。
【００２０】
拡張基板反射体の開口は、放物面形状または傾斜形状の１つを含んでもよい。
【００２１】
メサは、高さが１から４００μｍの間でかつ幅が３０から１５００μｍの間でもよい。
【００２２】
コンタクト層および第２の閉込め層は第２のクラッドを形成してもよく、第２のクラッドは５８０ｎｍ未満である。
【００２３】
電流拡がり層および第１の閉込め層は第１のクラッドの少なくとも一部分を形成してもよく、第１のクラッドは２μｍより大きい。
【００２４】
第２のクラッドは５５から５８０ｎｍの間でもよい。
【００２５】
第１のクラッドは２から１２μｍの間でもよい。
【００２６】
光発生領域はメサの放物面焦点に配置されてもよい。
【００２７】
光発生領域は、反射コンタクトによって反射される光の波腹に配置されてもよい。
【００２８】
光は赤色または赤外光を含んでもよい。
【００２９】
メサは、１０μｍ未満のベースでの直径を有する放物面形状を含んでもよい。
【００３０】
第２の閉込め層およびコンタクト層は合わせて３００ｎｍ未満でもよい。
【００３１】
本発明に係る実施形態において、発光ダイオード（ＬＥＤ）を製造するための方法が、
基板上に、第１の型のドーピングを伴う電流拡がり層、第１の型のドーピングを伴う第１の閉込め層、第１の型のドーピングと反対の第２の型のドーピングを伴う第２の閉込め層、第１の閉込め層と第２の閉込め層との間の光発生領域、および第２の型のドーピングを伴うコンタクト層を含み、第２の閉込め層およびコンタクト層が第１の閉込め層より薄い、エピタキシャル構造を成長させることと、
エピタキシャル構造にベースおよびベース上のメサを形成することであって、ベースがマイクロＬＥＤの発光表面を画定し、かつ電流拡がり層を含み、メサが第２の閉込め層、光発生領域、およびメサの上部を画定するコンタクト層を含む、ベースおよびベース上のメサを形成することと、
光発生領域から発される光の一部分を発光表面に反射するコンタクト層上の反射コンタクトを形成することとを含んでもよい。
【００３２】
第１の型のドーピングはｎ型ドーピングでもよく、そして第２の型のドーピングはｐ型ドーピングでもよい。
【００３３】
第１の型のドーピングはｐ型ドーピングでもよく、そして第２の型のドーピングはｎ型ドーピングでもよい。
【００３４】
本発明に係る実施形態において、方法が、エピタキシャル構造から基板を分離して発光表面を露出させることを含んでもよい。
【００３５】
光発生領域は、メサの放物面焦点に配置される量子井戸を含んでもよい。
【００３６】
光発生領域は、反射コンタクトによって反射される光の波腹に配置される量子井戸を含んでもよい。
【００３７】
光は赤色または赤外光を含んでもよい。
【００３８】
メサは、１０μｍ未満の直径を有する放物面形状を含んでもよい。
【００３９】
第２の閉込め層およびコンタクト層は合わせて３００ｎｍ未満でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】一実施形態に従う、マイクロＬＥＤ（μＬＥＤ）の断面図である。
【図２】一実施形態に従う、μＬＥＤを製造するための工程のフローチャートである。
【図３Ａ】一実施形態に従う、半導体構造および半導体構造から製造されるμＬＥＤを図示する。
【図３Ｂ】一実施形態に従う、半導体構造および半導体構造から製造されるμＬＥＤを図示する。
【図３Ｃ】一実施形態に従う、半導体構造および半導体構造から製造されるμＬＥＤを図示する。
【図３Ｄ】一実施形態に従う、半導体構造および半導体構造から製造されるμＬＥＤを図示する。
【図４Ａ−４Ｃ】一実施形態に従う、エピタキシャル構造に画定される拡張反射体を含むμＬＥＤの断面側面図、上面図および下面図をそれぞれ図示する。
【図５】一実施形態に従う、基板開口を伴うμＬＥＤを製造するための工程のフローチャートである。
【図６】一実施形態に従う、基板開口を含むμＬＥＤの断面図である。
【図７】一実施形態に従う、拡張基板反射体を伴うμＬＥＤを製造するための工程のフローチャートである。
【図８Ａ】一実施形態に従う、拡張基板反射体を含むμＬＥＤの断面図である。
【図８Ｂ】一実施形態に従う、拡張基板反射体を含むμＬＥＤの断面図である。
【図９Ａ−９Ｃ】一実施形態に従う、拡張基板反射体を含むμＬＥＤの断面側面図、上面図および下面図をそれぞれ図示する。
【図１０】一実施形態に従う、μＬＥＤ例の断面図である。
【図１１】一実施形態に従う、μＬＥＤ例の断面図である。
【図１２Ａ−１２Ｂ】一部の実施形態に従う、μＬＥＤを形成するために使用される半導体構造である。
【図１２Ｃ−１２Ｄ】一部の実施形態に従う、μＬＥＤを形成するために使用される半導体構造である。
【図１３】一実施形態に従う、μＬＥＤのメサの断面図である。
【図１４】一実施形態に従う、歪および無歪量子井戸のバンドギャップ図である。
【図１５】一部の実施形態に従う、μＬＥＤの電界に対する量子井戸の位置の伝達行列シミュレーションを図示するチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
実施形態は、エピタキシャル構造が成長される非透過性基板（例えば、赤色ＬＥＤ用のヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板）上にマイクロＬＥＤを製造することに関する。エピタキシャル構造は、ベース上にメサを画定してもよい。ベースは、メサの上部の薄い閉込め層、光発生領域（例えば、多重量子井戸、量子ドット、量子細線、ナノワイヤ、またはナノフィン−ウォール）、およびメサの下部の厚い閉込め層を含む。光発生領域から発される光の一部分を反射するためにメサ上に反射コンタクトがあり、反射光はメサでコリメートされ、そしてベースを通して発光表面に導かれる。メサは、切頭上部を伴う放物面、切頭上部を伴う円錐、または切頭上部を伴う円筒など、反射光のコリメーションを促進する様々な形状へエッチングされてもよい。基板は、発光表面を露出させるためにμＬＥＤの形成後に除去されてもよい。
【００４２】
本明細書に記載されるマイクロＬＥＤ（「μＬＥＤ」または「ＭｉｃｒｏＬＥＤ」）とは、直径が０．２〜１０μｍ、１０〜１００μｍまたは１００〜２０００μｍ間などの、小さな活性発光領域を有する特定の種類の発光ダイオードを指す。一例では、直径は、μＬＥＤの放物面、円錐または超放物面上部先端プロファイルに対する矩形または円形直径の２．５〜３０μｍを含む。
【００４３】
マイクロＬＥＤ例の概観
図１は、一実施形態に従う、マイクロＬＥＤ１００（以下「μＬＥＤ」と称される）の断面の概要図である。μＬＥＤ１００は、他の構成要素の中で、厚いクラッド１０４、薄いクラッド１０６、および厚いクラッド１０４と薄いクラッド１０６との間の光発生領域１０８を含む半導体構造を含んでもよい。μＬＥＤ１００は、半導体構造上の誘電体層１１４、誘電体層１１４上のｐコンタクト１１２、および厚いクラッド１０４上のｎコンタクト１１６を更に含む。半導体構造は、エッチプロセスを介してなど、メサ１２０およびメサ１２０のベース１２４へ成形される。光発生領域１０８は、メサ１２０の構造に含まれる活性光発生領域である。活性光発生領域は、量子井戸、量子ドット、量子細線、ナノワイヤ、またはナノフィン−ウォールを含んでもよい。メサ１２０は、μＬＥＤ１００の発光表面１１８に反対の側に画定される切頭上部を含んでもよい。一部の実施形態において、厚いクラッド１０４、光発生領域１０８および薄いクラッド１０６を含む半導体構造は、基板上に成長されるエピタキシャル構造を画定する。薄いクラッド１０６および厚いクラッド１０４は異なるドープ半導体材料層を含む。例えば、薄いクラッド１０６はｐドープ半導体材料層を含んでもよく、そして厚いクラッド１０４はｎドープ半導体材料層を含んでもよい。
【００４４】
別の例では、薄いクラッド１０６はｎドープ半導体材料層を含んでもよく、そして厚いクラッド１０４はｐドープ半導体材料層を含んでもよい。ここで、ｐコンタクト１１２はｎコンタクトであり、そしてｎコンタクト１１６はｐコンタクトである。
【００４５】
μＬＥＤ１００の半導体構造が、非透過性基板などの基板上に成長される場合、基板は、発光表面１１８を現すために除去されてもよい。別の例では、発光表面１１８から伝達される光を更にコリメートする放物面光反射体を形成するために、基板の一部分が除去される。
【００４６】
メサ１２０は、μＬＥＤ１００内で発生する光１２２のための反射容器を形成する、切頭上部を伴う放物面形状などの、様々な形状を含んでもよい。他の実施形態において、メサ１２０は、切頭上部を伴う円筒形状または切頭上部を伴う円錐形状を含んでもよい。矢印は、光発生領域１０８から発される光１２２がどのようにして、光がμＬＥＤデバイス１００から出るのに十分な角度（すなわち、全内部反射の臨界角内）で発光表面１１８に向けてｐコンタクト１１２およびメサ１２０の内壁から反射されるかを図示する。ｐコンタクト１１２およびｎコンタクト１１６は、μＬＥＤ１００用の制御回路を含む表示基板になど、μＬＥＤ１００を接続する。ｎコンタクトはベース１２４に形成されており、発光表面１１８と反対の厚いクラッド１０４の表面によって画定される。
【００４７】
μＬＥＤ１００は、光発生領域１０８によって画定される活性発光領域を含んでもよい。μＬＥＤ１００は、光発生領域１０８からの光出力に指向性を持たせ、そして光出力の輝度レベルを増加させる。特に、メサ１２０およびｐコンタクト１１２は、光発生領域１０８からの光１２２の反射が、発光表面１１８から出現する平行または準平行光ビームを形成するようにする。
【００４８】
メサ１２０は、ウエハ処理ステップ中に、厚いクラッド１０４、光発生領域１０８および薄いクラッド１０６を含む半導体構造へエッチングすることによって形成されてもよい。エッチングの結果として、光発生領域１０８がメサ１２０の構造内にあり、かつ光１２２のコリメーションを促進するｐコンタクト１１２への特定の距離にある。発生した光１２２の一部分がメサ１２０で反射されて、発光表面１１８から発される準平行光ビームを形成する。一部の実施形態において、メサ１２０は、高さが１０から４００μｍの間でかつ幅が３０から４００μｍの間である。一部の実施形態において、メサ１２０は、高さが０．５から１０μｍの間でかつ幅が１から３０μｍの間である。一部の実施形態において、メサ１２０は３μｍ幅を有する。
【００４９】
基板除去を伴うμＬＥＤ製造
図２は、一実施形態に従う、μＬＥＤを製造するための工程２００のフローチャートである。工程２００は、成長基板が非透過性であり（例えば、ＧａＡｓ基板上に製作される赤色ＬＥＤなどのμＬＥＤによって発される光に対して）、そしてエピタキシャル構造の発光表面を露出させるために除去される、μＬＥＤを製造するために行われてもよい。非透過性基板の一部の例が、赤色ＬＥＤ用のヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板、または窒化ガリウム（ＧａＮ）−ｏｎ−Ｓｉ系青および緑色ＬＥＤ用のシリコン（Ｓｉ）基板を含む。
【００５０】
工程２００は図３Ａ、３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄを参照しつつ述べられるが、同図は、一実施形態に従う、μＬＥＤ３００の製造を図示する。一部の実施形態において、基板除去後に、光をコリメートするために拡張反射体がμＬＥＤの発光表面の発光部周りでエピタキシャル構造に画定される。工程２００は図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃも参照しつつ述べられるが、同図は、一実施形態に従う、エピタキシャル構造に画定される拡張反射体を含むμＬＥＤ４００の断面側面図、上面図および下面図をそれぞれ図示する。
【００５１】
半導体構造３００が、基板および基板上のエピタキシャル構造を含んで形成される２１０。半導体構造３００は、μＬＥＤ１００などのＬＥＤのメサを形成するためにエッチングされる初期構造である。一部の実施形態において、基板は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板などの非透過性基板でもよい。エピタキシャル構造は、μＬＥＤ１００の厚いクラッド１０４、光発生領域１０８および薄いクラッド１０６などの、基板上に成長される半導体層を含んでもよい。以下に更に詳述されるように、基板、または基板の一部分は、μＬＥＤ１００の発光面１１８を露出させるために除去されてもよい。エピタキシャル構造は、分子線エピタキシ（ＭＢＥ、ＰＡＭＢＥ）または金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）などの技術を使用して成長されてもよい。
【００５２】
図３Ａは、一実施形態に従う、μＬＥＤ１００のための半導体構造３００の断面である。半導体構造３００は、赤、赤外、緑、青または紫外μＬＥＤなどの異なる色のμＬＥＤ用の様々な厚さおよび材料例の層を有することができる。半導体構造３００は、基板３０２、ならびにｎ型半導体層を画定する基板３０２上の厚いクラッド１０４、厚いクラッド１０４上の光発生領域１０８、および光発生領域１０８上のｐ型半導体層を画定する薄いクラッド１０６を含むエピタキシャル構造３２０を含む。
【００５３】
基板３０２はｎ型基板でもよい。赤または赤外色μＬＥＤの場合、基板３０２はＧａＡｓ基板でもよい。ＧａＡｓ基板は、８３０ナノメートル（ｎｍ）未満の波長に対して不透過性であり、かつ８５０ｎｍより大きい波長に対して透過性である。基板３０２は、結晶構造を含んでもよく、そして基板３０２の表面上のエピタキシャル成長を促進するためにスライスされてもよい（例えば、＜１１１＞面から６度オフ）。一部の実施形態において、方位は、異なる方向に０°と２０°との間、例えば＜１１１＞または＜１１０＞に対して１５°オフである。紫外（例えば、ＡｌＧａＮ系）または青緑（ＩｎＧａＮ系）色μＬＥＤの場合、基板３０２は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、サファイア、ＧａＮなどの透過性基板、またはシリコン（Ｓｉ）などの吸収基板でもよい。
【００５４】
厚いクラッド１０４は、半導体構造３００のｎ型層を含む。厚いクラッド１０４は、他の層の中で、エッチストップ層（「ＥＳＬ」）３０４、電流拡がり層３０６、ＥＳＬ３０８および厚い閉込め層３１０を含んでもよい。ＥＳＬ３０４は基板３０２上に成長されてもよく、電流拡がり層３０６はＥＳＬ３０４上に成長されてもよく、ＥＳＬ３０８は電流拡がり層３０６上に成長されてもよく、そして厚い閉込め層３１０はＥＳＬ３０８上に成長されてもよい。
【００５５】
一部の実施形態において、ＥＳＬ３０４はＴ１の厚さを有し、電流拡がり層３０６はＴ２の厚さを有し、ＥＳＬ３０８はＴ３の厚さを有し、そして厚い閉込め層３１０は厚さＴ４を有する。一部の実施形態において、Ｔ１は、２０〜１００ｎｍなど、５０から４００ｎｍの間である。Ｔ２は、５００〜２０００ｎｍなど、５０から６０００ｎｍの間である。Ｔ３は、２０〜１００ｎｍなど、５０から４００ｎｍの間である。Ｔ４は、３００〜１０００ｎｍなど、１００から６０００ｎｍの間である。これらの層の他に、本明細書で述べられるその他の層の厚さは、製造公差または他のパラメータ調整のためなど、変化してもよい。
【００５６】
材料およびドーピング濃度例が赤または赤外μＬＥＤに対して以下に更に詳述される。ＥＳＬ３０４は、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＰ）半導体エッチストップ層でもよく、１ｘ１０１８ｃｍ−３など、０．３ｘ１０１８ｃｍ−３と９ｘ１０１８ｃｍ−３との間のｎ型シリコン（Ｓｉ）ドーピング濃度を伴う。ＥＳＬ３０４は、μＬＥＤ１００の発光表面１１８を露出させるＧａＡｓ基板３０２の選択除去のために使用されてもよい。ＥＳＬ３０４は、例えば、発光表面１１８の発光部を露出させ、そして基板３０２に放物面光反射体を形成するために基板３０２の一部分を選択除去するために使用されてもよい。一部の実施形態において、基板３０２が完全に除去されるときなど、ＥＳＬ３０４は省略されてもよい。ここで、電流拡がり層３０６は、ＥＳＬ３０４の代わりに基板３０２上に成長されてもよい。
【００５７】
電流拡がり層３０６は、リン化アルミニウムインジウム（ＡｌＩｎＰ）半導体層でもよく、１ｘ１０１８ｃｍ−３〜５ｘ１０１８ｃｍ−３など、０．５ｘ１０１８ｃｍ−３と１０ｘ１０１８ｃｍ−３との間のｎ型Ｓｉまたはテルル（Ｔｅ）ドーピング濃度を伴う。ＡｌＩｎＰは、Ａｌ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（より高い材料品質のための格子整合ＧａＡｓ基板成長に近いように選ばれた、より厚い層のためのＩｎ含有量）によって定められるリン化アルミニウムおよびリン化インジウムの固溶体でもよい。電流拡がり層３０６は、μＬＥＤ１００における電流拡がりを強化する厚い残留（例えば、２μｍ）ｎ材料層である。
【００５８】
ＥＳＬ３０８は、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＰ）半導体エッチストップ層でもよく、５ｘ１０１８ｃｍ−３のｎ型シリコン（Ｓｉ）ドーピング濃度を伴う。ＥＳＬ３０８は、メサ１２０およびベース１２４を形成する薄いクラッド１０６から厚いクラッド１０４までの選択エッチングのために使用されてもよい。ｎコンタクト１１６は、ＥＳＬ３０８上、または電流拡がり層３０６上（例えば、ＥＳＬ３０８が省略もしくはエッチング除去される場合）に形成されてもよい。一部の実施形態において、ＥＳＬ３０８は省略されてもよく、そして厚い閉込め層３１０は電流拡がり層３０６上に成長される。
【００５９】
厚い閉込め層３１０は、Ａｌ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ半導体層でもよく、ｎ型ＳｉまたはＴｅドーピングを伴う。別の例では、厚い閉込め層３１０は、ヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）半導体層でもよく、ｎ型ＳｉまたはＴｅドーピングを伴う。厚い閉込め層３１０は、光発生領域１０８に電子／正孔を閉じ込める光発生領域１０８に対するバリア材料を提供し、かつＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰ等のような異種材料の組合せであり得る。
【００６０】
光発生領域１０８は、３から１０の間の量子井戸などの、多重量子井戸を含んでもよい。光発生領域１０８は、Ｇａ０．４１Ｉｎ０．５９Ｐ／（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐヘテレオ構造を含んでもよい。例えば、光発生領域１０８は、５から１０ｎｍ間の幅を各々有する引張歪Ｇａ０．４１Ｉｎ０．５９Ｐ量子井戸（または格子整合ＡｌＧａＩｎＰ）を含んでもよい。井戸は、５から１０ｎｍ間の幅を各々有する（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐバリア間に画定される。Ｇａ０．４１Ｉｎ０．５９Ｐ井戸は、（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐバリアのバンドギャップより狭いバンドギャップを有する。一部の実施形態において、光発生領域１０８は、０．０５および０．２μｍ間のＴ５の厚さを有する。
【００６１】
薄いクラッド１０６は、半導体構造３００のｐ型層を含む。薄いクラッド１０６は、薄い閉込め層３１２およびコンタクト層３１４を含む。薄い閉込め層３１２は、Ａｌ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ半導体層でもよく、ｐ型マグネシウム（Ｍｇ）ドーピングを伴う。別の例では、薄い閉込め層３１２は、ＡｌＧａＡｓでもよく、ｐ型亜鉛（Ｚｎ）または炭素（Ｃ）ドーピングを伴う。薄い閉込め層３１２は、厚い閉込め層３１０同様に、光発生領域１０８に電子を閉じ込める光発生領域１０８に対するバリア材料を提供する。しかしながら、薄い閉込め層３１２は、メサ１２０（例えば、放物面反射体）でのビームコリメーションのための薄いｐ側クラッド１０６を提供するために厚い閉込め層３１０（例えば、６μｍ前後）より薄い（例えば、２５０ｎｍ前後）。
【００６２】
放物面メサ形状を伴う小さなμＬＥＤ（例えば、特に赤およびＩＲ−ＬＥＤ用にエピが＜１μｍ）用の非常に薄いｐ側クラッドを達成することが望ましいが、高性能で達成するのは非常に困難である。典型的な平面ＩＲまたは赤色／黄色高出力ＬＥＤは非常に大きなｐ側厚さを有する。エピタキシャル設計における非常に薄いｐ側には、ｐ側への電子の損失を低減させ、かつ可能であれば、ＩＱＥ＝９０％の高さを実現するために、キャリア閉込めの慎重な最適化を使用する。
【００６３】
一部の実施形態において、薄い閉込め層３１２はＴ６の厚さを有し、そしてコンタクト層はＴ７の厚さを有する。Ｔ６は、５〜５０ｎｍ（赤色：ＨＶＰＥによる最大２０μｍの厚さを伴うＧａＰまたはＡｌＧａＡｓ−コンタクト＋窓層）、典型的に、２０ｎｍなど、１０〜１００ｎｍ間である。Ｔ７は、５０〜２０００ｎｍ、典型的に、２００ｎｍなど、５０〜３００ｎｍ間の厚さを有する。
【００６４】
コンタクト層３１４は、半導体構造３００のためのｐコンタクト１１２（例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）または金属を含む）への界面を提供する。コンタクト層３１４は、透過性のリン化ガリウム（ＧａＰ）層でもよく、ｐ型ドーピングを伴う。コンタクト層３１４および薄い閉込め層３１２の組合せの結果として、３００ｎｍ未満、典型的に１５０〜４００ｎｍの厚さを有する薄いクラッド１０６になる。比較として、厚いクラッド１０４は、２μｍと１２μｍとの間など、１μｍを超える厚さを有する。
【００６５】
図３の例では、厚いクラッド１０４は、基板３０２上に成長される「下部」クラッドであり、そして薄いクラッド１０６は、厚いクラッド１０４および光発生領域１０８上方に成長される「上部」クラッドである。半導体構造３００内へメサ１２０をエッチングした後、薄いクラッド１０６は、メサ１２０の切頭上部を含むμＬＥＤ１００の側を画定し、そして厚いクラッド１０４は、発光表面１１８を含むμＬＥＤ１００の側を画定する。図１２Ａ〜１２Ｄと関連して以下に更に詳述されるように、一部の実施形態において、基板上方に形成される下部クラッドが薄いクラッドでもよく、そして下部クラッド上方に形成される上部クラッドが厚いクラッドでもよい。上部クラッドは、厚いクラッド１０４に対して本明細書で述べられるような特徴を含んでもよく、そして下部クラッドは、薄いクラッド１０６に対して本明細書で述べられるような特徴を含んでもよい。基板は半導体構造から除去され、次いで半導体構造は、薄い下部クラッドを含む側からエッチングされてメサを形成し、そして厚い上部クラッドを含む側は発光表面を画定する。一部の実施形態において、薄いクラッドがｎ型層を含む一方、厚いクラッドはｐ型層を含む。
【００６６】
図２に戻り、エピタキシャル構造３２０が薄いクラッド１０６からＥＳＬ３０８または電流拡がり層３０６までエッチングされて２２０、エピタキシャル構造３２０にメサ１２０およびベース１２４を形成する。例えば、メサ１２０およびベース１２４を形成するために、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチなどのドライエッチングプロセスが使用されてもよい。ＩＣＰエッチは、切頭上部の有無にかかわらず放物面、超放物面、円筒または円錐形状などの、メサ１２０およびベース１２４の形状を形成するパラメータを変化させることによって制御可能な等方性または異方性エッチングを提供するために使用されてもよい。一部の実施形態において、ＥＳＬ３０４でのその場アルミニウム（Ａｌ）または（Ｐ）プラズマ蛍光シグナルが、メサ１２０およびベース１２４のＩＣＰエッチ中にエッチ深さ制御を提供する。
【００６７】
図３Ｂを参照すると、薄いクラッド１０６のコンタクト層３１４が、メサ１２０へ形成されることになる半導体構造３００の部分上方にポジ型フォトレジストマスク３２２を使用してパターン化される。エッチプロセスは、メサ１２０の形状を画定するメサ１２０のための傾斜側壁をエッチングするように制御される。フォトレジストマスクによって保護されていない、ベース１２４へ形成されることになる半導体構造３００の部分に対して、薄いクラッド１０６のコンタクト層３１４からのエッチングが、厚いクラッド１０４、特に厚いクラッド１０４のＥＳＬ３０８に達するまで行われる。半導体構造３００がＥＳＬ３０８を含まない実施形態において、エッチングは、電流拡がり層３０６または所望の設計深さに達するまで行われてもよい。エッチングプロセスを使用して半導体構造にメサを形成することに関する追加の詳細が、２００９年１０月６日に発行された、「Ｍｉｃｒｏ−ｌｅｄｓ」と題する、米国特許第７，５９８，１４８号で述べられており、同特許の全体が本明細書に引用により援用される。
【００６８】
メサ１２０上に誘電体層１１４およびｐコンタクト１１２が形成され２３０、そしてベース１２４上にｎコンタクト１１６が形成される２３０。図３Ｃを参照すると、マスク３２２は除去されてもよく、そして誘電体層１１４（例えば、＋金属）は、半導体基板３００内へエッチングされるメサ１２０上に形成されてもよい。ｐコンタクト１１２は誘電体層１１４上に形成される。ｐコンタクト１１２は、誘電体層１１４を通して延在して薄いクラッド１０６のコンタクト層３１４の一部分に接触してもよい。一部の実施形態において、ｐコンタクトはＩＴＯ／金属または金属スタックを含む。
【００６９】
一部の実施形態において、ｎコンタクト１１６またはｐコンタクト１１２の上部に、電気めっきによってなど、バンプが形成されてもよいが、電気不足を回避するコンタクト１１２、１１６のバンプ間のギャップ（例えば、空気または電気絶縁材料で充填される）を開ける。
【００７０】
一部の実施形態において、ｎコンタクト１１６は、発光表面１１８上に、エッチストップ層３０４上に、または電流拡がり層３０６の局所凹部分上にあってもよい。
【００７１】
基板３０２がエピタキシャル構造３２０から分離されて２４０、エピタキシャル構造３２０の発光表面１１８を露出させる。図３Ｃを参照すると、基板３０２は、ＥＳＬ３０４のウェットエッチ、ドライエッチまたはレーザ加熱（例えば、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）もしくはアブレーション）を使用してエピタキシャル構造３２０から分離されてもよい。例えば、ＥＳＬ３０４は、ＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４（３：１）を使用してエッチングされるＧａＩｎＰを含んでもよい。他の実施形態において、基板３０２は、第１のステップで研削によって、および／または第２のステップで基板３０２の選択ウェットエッチングによって部分的に除去されてもよい。一部の実施形態において、エッチングは、ＧａＡｓ、ＩｎＰもしくはＳｉ基板に対してウェットエッチングを、またはサファイア基板に対して誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチ、反応性イオンエッチ（ＲＩＥ）もしくはレーザリフトオフ（ＬＬＯ）を含んでもよい。例えば、基板３０２は、高選択性のＨ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏ２：脱イオンＨ２Ｏ（３：１：２５）を使用して選択エッチングされるＧａＡｓを含んでもよい。ＥＳＬ３０４は、エピタキシャル構造のエッチングを防止するために使用されてもよく、または半導体構造３００から省略されてもよい。
【００７２】
一部の実施形態において、半導体構造はμＬＥＤのアレイを含む。メサ１２０のエッチング後かつ基板３０２の除去前など、μＬＥＤを個々のダイへ単体化するためにＩＣＰエッチングまたはレーザダイシングが使用されてもよい。
【００７３】
一部の実施形態において、メサ１２０の側面上にパッシベーション層３２４が形成される。パッシベーション層３２４は、メサ１２０を損傷から保護する酸化物などの保護材料を含んでもよい。
【００７４】
発光表面１１８の発光部３３０に向けて光発生領域１０８からの光を反射してコリメートするために、メサ１２０下方のエピタキシャル構造３２０のベース１２４に拡張反射体が形成されてもよい２５０。図３Ｄを参照すると、拡張反射体３２６は、発光表面１１８の発光部３３０周りに画定され、かつベース１２４の上部（例えば、メサ１２０の下部）から発光表面１１８に延在する選択エッチングされた開口から形成される。拡張反射体３２６は、光発生領域１０８から発される光３２８を反射し、そして光３２８を追加的にコリメートする、ベース部分１２４の層とは異なる屈折率およびメサ／反射体エッチプロファイルを含む。光発生領域１０８からの光３２８は、メサ１２０の上部で反射され、そこでコリメートされ、次いで発光部３３０での発光表面１１８からの伝達前に拡張反射体３２６によって更にコリメートされてもよい。一部の実施形態において、拡張反射体３２６は、ベース１２４の周囲の材料より低い屈折率を有する材料の注入によって形成される。一部の実施形態において、拡張反射体３２６は、リセスエッチングによってベース１２４に形成されるエアギャップによって画定される。一部の実施形態において、拡張反射体３２６を画定するために、ベース１２４の周囲の材料より低い屈折率を有する反射充填材料がエアギャップへ充填されてもよい。一部の実施形態において、拡張反射体３２６の形成は省略される。
【００７５】
図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃは、一実施形態に従う、拡張反射体３２６を含むμＬＥＤ４００のそれぞれ断面、上面および下面図である。μＬＥＤ１００に関する上記の記述がμＬＥＤ４００に適用可能であり得る。例えば、μＬＥＤ４００は、μＬＥＤ１００の円筒メサ１２０よりむしろ放物面メサ１２０を含み、同メサは、エピタキシャル構造３２０にメサ１２０を画定するときにＩＣＰエッチ（任意選択のマルチエッチステップおよびレジスト層）を制御することによって形成されてもよい。ｎコンタクト１６６上に導電材料が形成されて、ｎコンタクト１１６をｐコンタクト１１２と合わせる延長部（典型的に電気めっきバンプＡｕＳｎ、ＡｕＩｎ等）を形成する。厚いｎコンタクト１１６、またはｐコンタクト１１２と合わせる、より厚い導電性金属バンプを伴うｎコンタクトがあってもよい。これにより、μＬＥＤ４００は、裏側１１２のｎコンタクトおよびｐコンタクトが正面または裏側のいかなるワイヤ接合も必要とされることなく表示基板に面し、かつ表示基板に電気接合されて、表示基板上に平らに置かれることが可能になる。表示基板は、ｐコンタクト１１２およびｎコンタクト１１６を介して信号を提供することによってμＬＥＤ４００を制御する制御回路（ＣＭＯＳバックプレーン）を含んでもよい。図４Ｃを参照すると、μＬＥＤ４００の下側を図示しており、拡張反射体３２６は、発光表面１１８の発光部３３０周りに形成される反射材料の離間した部分によって画定されてもよい。
【００７６】
オンウエハテストのための基板開口を伴うμＬＥＤ
図５は、一実施形態に従う、基板開口を伴うμＬＥＤを製造するための工程５００のフローチャートである。μＬＥＤの発光表面を露出させるために非透過性基板全体を除去するよりむしろ、μＬＥＤまたはμＬＥＤアレイの発光表面上の発光部にわたる基板の一部分が除去されて、光が発光部から伝達されることを可能にする基板開口を画定してもよい。薄化された（５０〜１５０μｍにまで）基板はμＬＥＤに取り付けられたままであり、μＬＥＤをテストするウエハのためになど、機械的に安定したキャリアを提供する。工程５００は図６を参照しつつ述べられるが、同図は、一実施形態に従う、基板開口６０２を含むμＬＥＤ６００を図示する。
【００７７】
μＬＥＤが製造され５１０、μＬＥＤは、基板および発光表面を画定するエピタキシャル構造を有する半導体構造を含む。例えば、ＬＥＤは、図２を参照しつつ詳細に上記したように、エッチング２１０から誘電層およびｐコンタクトを形成する２３０の工程を使用して製造されてもよい。
【００７８】
発光表面の発光部から発される光を伝達する開口を形成するために、基板の一部分が除去される５２０。図６を参照すると、μＬＥＤ６００は、基板３０２に形成される基板開口６０２を含む。基板３０２の一部分は、ＧａＡｓ基板の選択ウェットエッチングを使用してエッチストップ層３０４まで除去されてもよい。基板開口６０２は発光表面１１８の発光部３３０を露出させる。一部の実施形態において、基板材料は他の（例えば、受動、非発光）部分基板３０２において除去される。除去されない基板３０２の部分は、μＬＥＤ６００に対して機械的な安定したキャリア支持の役割をする。
【００７９】
μＬＥＤは、基板の残存部分を機械的な安定したキャリアとして使用して発光をテストされ５３０、ここでμＬＥＤから発される光はテスト中に発光部から基板開口６０２を通して伝達される。例えば、ｐコンタクト１１２およびｎコンタクト１１６を通してμＬＥＤに信号が提供されて、μＬＥＤに光を発させ、その光が光学センサによって取得されてμＬＥＤの光学的性質をテストする。基板開口６０２を伴う基板３０２は、μＬＥＤのオンウエハテストを想定している。一部の実施形態において、μＬＥＤは、１Ｄまたは２Ｄアレイに製造され、そして工程５００で述べたようにオンウエハテストを使用してテストされる（単体化前または後に）。テストに合格したμＬＥＤが表示基板（または中間キャリア基板）上へのピックアンドプレースのために選択される一方、テストに落ちたμＬＥＤは表示基板へのプレースメントのためには選択されない。したがって、オンウエハテストは、製造工程からの欠陥を有するμＬＥＤのピックアンドプレースを回避するために使用されることができる。１画素に対する複数μＬＥＤが単一μＬＥＤの欠陥を補償し得る。
【００８０】
一部の実施形態において、基板はオンウエハテスト後に除去される。他の実施形態において、基板はμＬＥＤのエピタキシャル構造に取り付けられたままにされ、そしてμＬＥＤからの光が基板開口から発されるので、μＬＥＤは、基板が取り付けられたまま表示基板上へピックアンドプレースされる。
【００８１】
拡張基板反射体を伴うμＬＥＤ
図７は、一実施形態に従う、拡張基板反射体を伴うμＬＥＤを製造するための工程７００のフローチャートである。μＬＥＤは、基板に形成される拡張基板反射体を含んでもよい。例えば、μＬＥＤから発される光のビーム成形のための拡張放物面（例えば、狭／集束ビーム用）または傾斜（例えば、広幅ランバートビーム用）ミラーなどの反射体を形成する形状で基板に開口がエッチングされてもよい。工程７００は図８Ａおよび８Ｂを参照しつつ述べられるが、同図は、一実施形態に従う、拡張基板反射体８０２を含むμＬＥＤ８００およびμＬＥＤ８５０をそれぞれ図示する。工程７００は図９Ａ、９Ｂおよび９Ｃも参照しつつ述べられるが、同図は、一実施形態に従う、拡張基板反射体を含むμＬＥＤ９００の断面側面図、上面図および下面図をそれぞれ図示する。
【００８２】
μＬＥＤが製造され７１０、μＬＥＤは、基板および発光表面を画定するエピタキシャル構造を有する半導体構造を含む。例えば、ＬＥＤは、図２を参照しつつ詳細に上記したように、エッチング２１０から誘電層およびｐコンタクトを形成する２３０の工程を使用して製造されてもよい。
【００８３】
発光表面の発光部から発される光をコリメートする基板における光反射体形状を形成するために、基板の一部分が除去される７２０。例えば、発光表面の発光部を露出させ、そして光反射体形状を形成するために、基板の一部分が除去されてもよい。基板３０２の一部分は、光反射体形状を画定するために、ＧａＡｓ基板の選択ウェットエッチングを使用してエッチストップ層３０４まで除去されてもよい。光をコリメートするのに適する形状例は、拡張放物面または傾斜形状を含んでもよい。
【００８４】
発光表面から伝達される光をコリメートする光反射体形状を画定する基板の表面上に反射材料が形成される７３０。図８Ａを参照すると、μＬＥＤ８００は、基板３０２に形成される拡張基板反射体８０２を含む。拡張基板反射体８０２は、放物面光反射体形状を有し、そして基板反射体８０２表面上に反射材料８０４を含む。反射材料８０４は、発光表面１１８から発される光に対して反射性であり、かつ光のコリメーションを促進する。一部の実施形態において、反射材料８０４は、光吸収基板（例えば赤色μＬＥＤ用のＧａＡｓ）の壁上に、窒化ケイ素（ＳｉＮ）または酸化ケイ素（ＳｉＯ）ならびに銀（Ａｇ）、紫外（ＵＶ）または可視光に対するアルミニウム（Ａｌ）および赤＋赤外（ＩＲ）光に対する金（Ａｕ）のような反射性金属などの光反射被膜層を含む。
【００８５】
図８Ｂを参照すると、μＬＥＤ８５０も、基板３０２に形成される拡張基板反射体８０２を含む。μＬＥＤ８５０は、放物面メサ８０４を更に有する。μＬＥＤ８５０の光発生領域１０８は光８２８を発する。光の一部がメサ８０４に向けて発され、そこでコリメートされて発光部３３０に向けて反射される。光８２８は発光部３３０から伝達される。拡張基板反射体８０２の反射材料８０４に入射する透過光８２８の一部分がμＬＥＤ８５０の出力光として反射されてコリメートされる。
【００８６】
図９Ａ、９Ｂおよび９Ｃは、一実施形態に従う、拡張基板反射体８０２を含むμＬＥＤ９００のそれぞれ断面、上面および下面図である。μＬＥＤ９００は、メサ９０２に傾斜反射体を提供する切頭上部を伴う円錐形状を有するメサ９０２を含む。上述したように、メサ９０２の形状は、エピタキシャル構造３２０にメサを画定するときにＩＣＰエッチを制御することによって形成されてもよい。図９Ｃを参照すると、基板３０２に画定される拡張基板反射体８０２は、発光部３３０周りに反射面を形成する反射材料８０４を含む。一部の実施形態において、拡張基板反射体は、拡張基板反射体８０２に対して図示される放物面形状よりむしろ傾斜形状などの何らかの他の形状を有する。
【００８７】
μＬＥＤの追加例
図１０は、一実施形態に従う、μＬＥＤ１０００である。μＬＥＤ１０００は、電流拡がり層３０６上に形成される厚い閉込め層３１０を有する。図３Ｃに図示されるなどのＥＳＬ３０８は省略され、そして半導体構造が製造されるとき、厚い閉込め層３１０は電流拡がり層３０６上にある。メサ１００２およびベース１００４を形成するために、半導体構造がエッチングされる。ＥＳＬ３０８がないので、深さ制御のために時限エッチが使用されてもよい。ｎコンタクト１１６は、ＥＳＬ３０８よりむしろ電流拡がり層３０６上に形成される。
【００８８】
この例では、μＬＥＤ１０００は切頭上部を伴う放物面形状を有するが、しかし他の光コリメート構造または形状が使用されてもよい。
【００８９】
図１１は、一実施形態に従う、μＬＥＤ１１００である。μＬＥＤ１１００は、切頭上部を伴う円錐形状を有するメサ１１０２を有する。メサ１１０２は、放物面形状を伴うメサより光取出し効率および広いビーム発散／視角（例えば、２次元表示用途のため）を改善する傾斜反射体メサ側壁を含む。
【００９０】
様々な実施形態において、基板が除去されたμＬＥＤは拡張反射体を含んでもよい。他の実施形態において、本明細書で述べられるように、基板はμＬＥＤの発光表面１１８に取り付けられており、オンウエハテストを容易にするためまたは拡張基板反射体を提供するために基板に１つまたは複数の開口が形成される。
【００９１】
μＬＥＤの上部または下部側製作
工程２００で述べたように、μＬＥＤは、基板上にエピタキシャル層を形成することによって製造されることができ、エピタキシャル構造は、基板上の厚いクラッド、厚いクラッド上の光発生領域、および光発生領域上方の薄いクラッドを含む。基板と反対の薄いクラッド側のエピタキシャル構造が、次いでメサおよびベースを形成するためにエッチングされる。基板は次いで除去されてもよい。他の実施形態において、基板上方に薄いクラッドがあり、光発生領域は薄いクラッド上方にあり、そして光発生領域上方に厚いクラッドがある。基板はエピタキシャル構造の形成後に除去され、次いで基板が除去された薄いクラッド側からメサおよびベースがエピタキシャル構造内へエッチングされる。工程２００で述べたように、μＬＥＤを形成するために使用される半導体構造３００はｐ型薄いクラッドおよびｎ型厚いクラッドを含む。他の実施形態において、薄いクラッドはｎ型であり、そして厚いクラッドはｐ型である。
【００９２】
図１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃおよび１２Ｄは、それぞれ、μＬＥＤを形成するために使用されてもよい半導体構造１２００、１２２０、１２４０および１２６０の断面である。図１２Ａを参照すると、半導体構造１２００は、基板３０２、基板３０２上のｎ型下部厚いクラッド１２０４、ｎ型下部厚いクラッド１２０４上の光発生領域１０８、および光発生領域１０８上のｐ型上部薄いクラッド１２０６を含む。図１２Ｂを参照すると、半導体構造１２２０は、基板３０２、基板３０２上のｐ型下部厚いクラッド１２０８、ｐ型下部厚いクラッド１２０８上の光発生領域１０８、および光発生領域１０８上のｎ型上部薄いクラッド１２１０を含む。半導体構造１２００および１２２０は、メサを形成するために上部薄いクラッドからエッチングされてもよい。基板３０２は、メサの形成の間、取り付けられたままでもよい。
【００９３】
図１２Ｃを参照すると、半導体構造１２４０は、基板３０２、基板３０２上のｎ型下部薄いクラッド１２１２、ｎ型下部薄いクラッド１２１２上の光発生領域１０８、および光発生領域１０８上のｐ型上部厚いクラッド１２１４を含む。図１２Ｄを参照すると、半導体構造１２６０は、基板３０２、基板３０２上のｐ型下部薄いクラッド１２１６、ｐ型下部薄いクラッド１２１６上の光発生領域１０８、および光発生領域１０８上のｎ型上部厚いクラッド１２１８を含む。基板３０２は除去されてもよく、そして半導体構造１２４０および１２６０は、メサを形成するために下部薄いクラッドからエッチングされてもよい。
【００９４】
多重量子井戸構造
図１３は、一実施形態に従う、μＬＥＤ１３００の断面図である。μＬＥＤ１３００は、メサ１３２０およびベース１３２４を含む。メサ１３２０は、５と１０μｍの間の高さを有し、かつ５と２０μｍの間の幅を有する。メサ１３２０では、光発生領域１０８は、光発生領域１０８の中央に画定される量子井戸（ＱＷ）活性部１３０６、およびメサ１３２０の外端へ活性部１３０６の外に画定されるＱＷ端部１３０８を含む。ＱＷ活性部１３０６は正面発光円錐１３０２の直接光を発し、そして端部１３０８は端発光円錐１３０４の間接光を発する。
【００９５】
光発生領域１０８は複数方向に光を発し得、光の一部分が、薄い閉込め層３１２およびコンタクト層３１４を通して上方へ発され、メサ１３２０の上部で反射コンタクト１３２４（例えば、薄い閉込め層３１２およびコンタクト層３１４のドーピングに応じてｎ型またはｐ型コンタクト）によって下方へ反射され、薄い閉込め層３１２およびコンタクト層３１４を通じ、そしてベース１３２４を通じてμＬＥＤ１３００から発光する。光の別の一部分が、厚い閉込め層およびベース１３２４を通して下方へ発されてμＬＥＤ１３００から発光する。
【００９６】
反射コンタクト１３２４は反射体金属ミラーであり、そして反射率を改善するパラジウム（Ｐｄ）、プラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）または金（Ａｕ）の薄層を含んでもよい。一部の実施形態において、ＵＶ、青、緑および赤色μＬＥＤ１３００に対してはＡｇが使用されてもよく、そして赤外μＬＥＤ１３００に対してはＡｇまたは金（Ａｕ）が使用されて、光の発光波長に対する高金属反射率および低吸収を達成し得る。例えば、青色μＬＥＤはＡｇミラーまたはＰｄミラーを含んでもよく、ＡｇミラーがＰｄミラーより２０〜３０％反射性である。
【００９７】
光発生領域１０８における量子井戸の構造および位置は、とりわけ、取出し効率、電流閉込めを改善し、かつ非放射吸収および側方光再吸収を低減させる様々な仕方で最適化されることができる。
【００９８】
一部の実施形態において、光発生領域１０８は、正面発光円錐１３０２内の建設的光干渉からより高い光取出し効率を提供するためにメサ１３２０で（例えば、反射コンタクト１３２４から）反射される光の電界の波腹に配置される。メサ１３２０内のかつ反射コンタクト１３２４に対する光発生領域１０８の位置は、裏側反射コンタクト１３２４から後方反射される光と発光表面１１８に向けて発される光との間の相殺的干渉を減少させ、かつ建設的干渉を増加させるように設定されてもよい。一部の実施形態において、量子井戸はメサ１３２０の放物面焦点に配置される。一部の実施形態において、量子井戸はくぼみ効果（サイズが１μｍ未満の薄いくぼみなど）を使用してもよい。
【００９９】
一部の実施形態において、μＬＥＤ１３００は、誘電体層１１４（ｐｎ領域における電気絶縁）の上部に反射金属層を有する。反射金属層は、改善された付着および反射特性を伴う金属層スタックなど、反射コンタクト１３２４の金属層と異なってもよい。
【０１００】
一部の実施形態において、より高いＬＥＥのために光のその他の部分を反射するために、反射体層（典型的に誘電体層＋金属）がメサ面上におよび上部平坦領域上に堆積された。メサ１３２０で反射される光に基づく端発光円錐１３０４は、平面、垂直メサ形状およびＨＷＨＭ＞±６０°のビームプロファイルを伴う典型的なランバート型高出力ＬＥＤまたはミニ／μＬＥＤより非常に小さいビーム発散（５〜３０°、＜６０°）を伴う狭いビームプロファイルのために典型的に最適化される。放物面または円錐μＬＥＤの狭いビームプロファイルは、光学およびＡＲのようなモバイル用途へのより効果的な光の結合のために有益である。
【０１０１】
図１５は、一部の実施形態に従う、μＬＥＤの電界１５０４に対する量子井戸１５０２の位置の伝達行列シミュレーションを図示するチャート１５００である。上のグラフは、裏側のＡｇミラー１５０６に近距離の量子井戸１５０２の個々の位置を表す屈折率を示す。同じスケールであるのが、下のグラフに示される光波または電界１５０４である。全ての層界面が短く黒い垂直線によって表される。薄いＱＷ１５０２の境界が、互いに近いこれらの黒線の２つによって表される。３つのＱＷ１５０２のうち中央のものは波腹１５０８に置かれている。薄いＱＢバリア層によって分離される２つの周囲のＱＷ１５０２は、それでも定在波の波腹１５０８の上部に近い。裏側に向けて進行してＡｇミラー１５０６で反射される、ＱＷ１５０２内で発される光は、正面に直接発される光と建設的干渉関係にある。
【０１０２】
一部の実施形態において、光発生領域１０８は、より低い電流（例えば、１μＡ未満）での高ピーク内部量子効率（ＩＱＥ）のための単一量子井戸（ＳＷＱ）、二重量子井戸（ＤＱＷ）または三重量子井戸（ＴＱＷ）エピ設計を有する量子井戸を含む。一部の実施形態において、量子井戸は、より小さな幅（例えば、直径５μｍ未満）を伴うμＬＥＤの垂直および側方閉込めのための量子ドットを含んでもよい。量子ドットは、寄生表面再結合を伴うエッチングされたメサ面に向けたキャリアの側方拡散を抑制し得る。幾つかの量子井戸にわたる垂直電流拡がりおよび不均質キャリア輸送が低減される。
【０１０３】
一部の実施形態において、ＱＷ活性部１３０６における量子井戸は低転位密度および低不純物準位を有する。例えば、量子井戸は、ＧａＮ−ｏｎ−Ｓｉのようなヘテロエピタキシに対して３ｘ１０８ｃｍ−２未満の貫通転位密度（ＴＤＤ）、およびＧａＮ−ｏｎ−ＧａＮのようなホモエピタキシに対して３ｘ１０７ｃｍ−２未満のＴＤを含み得る。量子井戸は、低不純物準位（例えば、１０１７ｃｍ−２未満の酸素、炭素等の濃度）も含み得る。そのため、光発生領域１０８は、μＬＥＤ１３００のための低電流（例えば、１ｎＡから１μＡ）での高ピークＩＱＥのための低非放射吸収（Ａ＊Ｎ）を有する。
【０１０４】
一部の実施形態において、光発生領域１０８におけるより低い欠陥密度は、改善されたバッファ成長（ＧａＮ−ｏｎ−サファイアヘテロエピタキシ）のより低い欠陥準位を使用して達成される：１）臨界核形成温度、２）欠陥源として作用する微結晶間の境界を伴う結晶成長の低回復および成長速度、ならびに３）より高い成長Ｔでの併合層。より厚い併合層およびバッファが貫通転位密度（ＴＤＤ≧１ｘ１０８ｃｍ２）を改善するが、より高い歪およびウエハ反りにも至り得る。追加のＳｉＮマイクロマスキング層が、ＧａＮバッファ成長およびその後の新たな併合層としてのＧａＮの回復を妨げることにより、ＴＤＤを更に改善し得る。これらの技術は、１ｘ１０１０ｃｍ２から１ｘ１０８ｃｍ２にまで欠陥密度を低減させることができる。より低いＴＤＤはＥＬＯ成長と共にまたはＧａＮ基板（例えば、ＨＶＰＥ）のようにバルクで可能であり、ＴＤＤが１ｘ１０４ｃｍ２から１ｘ１０７ｃｍ２の間である。
【０１０５】
一部の実施形態において、光発生領域１０８は、μＬＥＤ１３００のＭＱＷ活性部１３０６外に画定されるＱＷ端部１３０８で混合する量子井戸を含む。例えば、ＱＷ端部１３０８は無歪量子井戸および歪量子井戸を含んでもよい。無歪量子井戸はＥｇのバンドギャップを含み、そして歪量子井戸はＥｇ”＞Ｅｇのより高いバンドギャップを含み、μＬＥＤ１３００のＱＷ活性部１３０６における側方キャリア局在化を提供し、そしてメサ１３２０の端に向けたＱＷ端部１３０８での側方キャリア損失および寄生表面再結合を低減させるのを促進する。そのため、光発生領域１０８における側方光再吸収が低減される。
【０１０６】
一部の実施形態において、ＱＷ端部１３０８での量子井戸は歪量子井戸を含み、バンドギャップＥｇを有するＱＷ活性部１３０６における無歪量子井戸に対して、より大きなＥｇ”へのバンドギャップの歪誘起シフトを提供する。歪へのメサ端部効果は２から３μｍ未満程度であり得る。例えば、μＬＥＤ１３００は、歪のない格子整合ＩｎＧａＰまたはＡｌＧａＩｎＰ量子井戸に対して少ないＩｎを伴うＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰなどの引張歪量子井戸設計を使用する赤色μＬＥＤでもよい。ＱＷ端部１３０８におけるより高いＥｇ”＞Ｅｇの結果として、μＬＥＤ１３００の内側部分でのＱＷ活性部１３０６における側方キャリア局在化になり、そしてＱＷ端部１３０８における側方キャリア損失および寄生表面再結合を低減させる。
【０１０７】
図１４は、一実施形態に従う、量子井戸のバンドギャップ図１４００である。バンドギャップ図は、引張および圧縮歪量子井戸に対するバンドギャップならびに無歪量子井戸に対するバンドギャップを含む。引張歪量子井戸はＥｇ’＜Ｅｇによって定義されるバンドギャップを有し、無歪量子井戸はＥｇによって定義されるバンドギャップを有し、そして圧縮歪量子井戸はＥｇ”＞Ｅｇによって定義されるバンドギャップを有する。Ｖｈｈは重い正孔に対する価電子帯を指し、Ｖｈｌは軽い正孔に対する価電子帯を指す。Ｖｄｅｌｔａｏは、異なる歪に対する正孔遷移の算出のために必要とされる分裂価電子帯を指す。
【０１０８】
ＡｌＧａＩｎＰ  ＱＷは典型的に赤色ＬＥＤのために使用される。一部の実施形態において、高引張歪ＧａＩｎＰ  ＱＷが使用されてもよい。エッチングされたメサ面でのＧａＩｎＰ−ＱＷの部分緩和のため、歪の張力が少なくなり、結果としてメサ面での小員環においてより高いバンドギャップになる。歪は、新たな結晶欠陥の発生なしで柔らかなエッチングされたメサ面で解放する。
【０１０９】
一部の実施形態において、μＬＥＤ１３００は、高正面発光のための光発生領域１０８における量子井戸の最適化された位置を伴う赤色ＬＥＤである。赤色μＬＥＤは、反射コンタクト１３２４による裏側反射光との量子井戸において発される光の建設的干渉のために光の電界における波腹当たり３つ以下の一群の量子井戸を含んでもよい。より低い電流でのより高い内部量子効率のために、より少ない量子井戸および／またはより薄い量子井戸を伴う設計によって電流密度の好ましい増加が実現されることができる。一部の実施形態において、赤色μＬＥＤは銀（Ａｇ）反射コンタクト１３２４を含む。光発生領域１０８は、粗面処理なしで反射コンタクト１３２４への５２３ｎｍの光学距離を伴う波腹にＴＱＷを含んでもよい。別の例では、光発生領域１０８は、粗面処理なしで反射コンタクト１３２４への５４３ｎｍの光学距離を伴う波腹に３つのＳＱＷを含んでもよい。光学距離は、距離（ｄ）および屈折率（ｎ）などの材料性質の関数である。
【０１１０】
一部の実施形態において、赤色μＬＥＤに対する光取出し効率は、４００ｎｍ未満までの薄いクラッド（例えば、ｐ側）厚さの減少と共に改善される。ＴＱＷの場合、反射コンタクトへの光学距離は３６５ｎｍでもよい。ＳＱＷの場合、反射コンタクトへの光学距離は３８５ｎｍでもよい。
【０１１１】
一部の実施形態において、μＬＥＤ１３００は、高正面発光のための光発生領域１０８における量子井戸の最適化された位置を伴う緑色ＬＥＤである。反射コンタクト１３２４は銀（Ａｇ）ミラーを含んでもよい。光発生領域１０８は、粗面処理なしで反射コンタクト１３２４への１３４ｎｍの光学距離を伴う波腹に３つのＳＱＷまたは１つのＴＱＷを含んでもよい。
【０１１２】
一部の実施形態において、μＬＥＤ１３００は、高正面発光のための光発生領域１０８における量子井戸の最適化された位置を伴う青色ＬＥＤである。反射コンタクト１３２４はＡｇを含んでもよい。一部の実施形態において、青色ＬＥＤのための光発生領域１０８は、粗面処理なしで反射コンタクト１３２４への７５ｎｍの光学距離を伴う波腹に７つの均等に離間した量子井戸を含んでもよい。この結果として、放出光の建設的干渉および４４度の正面発光円錐１３０２におけるより高い外部量子効率（ＥＱＥ）になる。しかしながら、他の層設計が、より最適な効率を提供し得る。光発生領域１０８が粗面処理を含む場合、反射コンタクト１３２４への距離または他のパラメータはそれに応じて調節されてもよい。
【０１１３】
一部の実施形態において、青色ＬＥＤのための光発生領域１０８は、粗面処理なしで反射コンタクト１３２４への９９ｎｍの距離を伴う波腹に３つのＴＱＷを含んでもよい。この結果として、放出光の建設的干渉および２５度の正面発光円錐１３０２におけるより高いＥＱＥになる。裏側に非常に近い光波の波腹におけるＱＷの位置は、光の波長およびエピタキシャル設計における半導体材料の対応する屈折率に依存し得る。
【０１１４】
一部の実施形態において、青色ＬＥＤのための光発生領域１０８は、粗面処理なしで反射コンタクト１３２４への１１１ｎｍの光学距離を伴う波腹にＳＱＷを含んでもよい。この結果として、放出光の建設的干渉および２５度の正面発光円錐１３０２におけるより高いＥＱＥになる。
【０１１５】
低および高電流密度
μＬＥＤの設計は、所望の電流密度に基づいて異なってもよい。低電流密度（例えば、２ＤμＬＥＤ表示アーキテクチャ）の場合、青または縁色μＬＥＤに対して１つと３つとの間の量子井戸が使用されてもよく、そして赤色μＬＥＤに対して１つおよび５つの量子井戸が使用されてもよい。更には、大きな量子井戸厚さが使用されてもよい。例えば、緑色μＬＥＤが２．２と３．２ｎｍの間の量子井戸厚さを含んでもよく、青色μＬＥＤが２．５と４．５ｎｍの間（例えば、最高効率のために３．５ｎｍ）の量子井戸厚さを含んでもよく、そして赤色μＬＥＤが最高効率のために（例えば、電流密度およびオーガ損失を最小化するために）８と１５ｎｍの間の量子井戸厚さを含んでもよい。
【０１１６】
高電流密度（例えば、２Ｄアーキテクチャより１０００倍高い明るさまたは電流が必要とされる１ＤμＬＥＤ表示アーキテクチャ）の場合、緑または青色μＬＥＤに対して３つと７つとの間の量子井戸が使用されてもよく、そして赤色μＬＥＤに対して６つと３０との間の量子井戸が使用されてもよい。更には、低電流密度に対してより薄い量子井戸厚さが使用されてもよい。例えば、緑色μＬＥＤが１．５と２．５ｎｍの間の量子井戸厚さを含んでもよい（例えば、最高効率のためおよびより高電流密度でブルーシフトを最小化するため）。青色μＬＥＤが、より高電流密度でブルーシフトを最小化し、かつより少ない表面再結合を通じてより短いキャリア寿命を達成するために１．８と２．８ｎｍの間（例えば、２．３ｎｍ）の量子井戸厚さを含んでもよい。赤色μＬＥＤが最高効率のために５と１５ｎｍの間の量子井戸厚さを含んでもよい。小さな赤色μＬＥＤは、高電流密度の場合、波長シフトアップを有しない。
【０１１７】
一部の実施形態において、（例えば、６２０ｎｍ）赤色μＬＥＤが、ＡｌＧａＩｎＰ量子井戸の代わりに引張歪ＩｎＧａＰ量子井戸を含んでもよい。一部の実施形態において、赤色μＬＥＤは、引張歪ＩｎＧａＰ量子井戸および圧縮歪ＡｌＧａＩｎＰ量子バリアを含む。
【０１１８】
赤外μＬＥＤ
赤外μＬＥＤ（例えば、λ＝９４０ｎｍ）は、ＧａＡｓ基板３０２の上面に約３００ｎｍに配置される中央量子井戸を含んでもよい。赤外μＬＥＤは、圧縮歪ＩｎＧａＡｓ量子井戸の歪補償のために引張歪ＧａＡｓＰ量子バリアのない活性部を含んでもよい。エピタキシャル構造３２０は、オフ方位のない＜１００＞でＧａＡｓ基板３０２上に成長されてもよい。
【０１１９】
赤外μＬＥＤは、ＡｌＧａＡｓ（例えば、アルミニウム含有量Ｘ＝４０％）を含む閉込め層３１０、３１２を更に含んでもよい。ＡｌＧａＡｓ層の厚さは建設的光干渉に対して補正される。ヘテロ界面は、最低順方向電圧および最高ウォールプラグ効率（ｐｗｅ）のためにキャリアに対するポテンシャル障壁を低減させるために２０ｎｍ層だけ異ならせる。
【０１２０】
量子井戸は、導電性ｐ金属ミラーとしての銀（Ａｇ）のような裏側ミラーからの垂直反射光の建設的光干渉を達成するように配置されてもよい。多重量子井戸は、ミラーによって反射される光の電界の波腹に集められてもよい。更には、エピタキシャル構造における様々な層の光学層厚さ（ｎ＊ｄ）は、活性部におけるＭＱＷから発され、そして裏側反射体（例えば導電性ｐ側Ａｇ／Ａｕ金属ミラー）から後方反射される光の建設的光干渉を達成するように選択されてもよい。
【０１２１】
電流拡がり層３０６はｎドープＧａＡｓを含んでもよい。厚いｎドープＧａＡｓ電流拡がり層３０６は、ｎ−ＧａＡｓ基板３０２部分除去の有無にかかわらず、９４０ｎｍ発光のための自由キャリア吸収のため、より高い光学損失に至り得る。そのため、ｎ−ＡｌＧａＡｓ電流拡がり層３０６または無ドープｎｉｄ−ＧａＡｓ基板３０２が代替であり得、そしてＩＲμＬＥＤのチップ設計と合わせられる。
【０１２２】
一部の実施形態において、歪補償のための量子バリアとしての引張歪ＧａＡｓＰ層の使用によって、複数圧縮歪ＩｎＧａＡｓ量子井戸の改善された材料品質が実現されることができる。
【０１２３】
一部の実施形態において、＜１００＞ＧａＡｓ基板（例えば、＜±０。２５°オフの厳密な方位）上の引張歪ＧａＡｓＰ量子バリアとの圧縮歪ＩｎＧａＡｓ量子井戸の代替は、優れた材料および光学性質を伴う最大５０のＭＱＷの成長を見込む。ＧａＡｓＰバリア層におけるＰ含有量は、ＩｎＧａＡｓ量子井戸における良好な電子および正孔閉込めのために最適化される。ＩｎＧａＡｓ量子井戸の圧縮歪を補償するためにＧａＡｓＰバリア層厚さが計算される。
【０１２４】
ＧａＡｓ基板３０２の表面および結晶方位は、高歪ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ  ＭＱＷの材料成長に影響を及ぼす。結晶表面は、（１００）ＧａＡｓからのウエハ表面のオフ方位の場合、単原子表面ステップでステップバンチングに至り得る。高出力パワーおよび性能のための改善された設計を伴うＩＲμＬＥＤは、より少ないＱＷでより高電流密度で非放射オーガ損失を最小化するために、ＱＷの数から独立している高歪ＩｎＧａＡｓ  ＱＷの成長を使用する。
【０１２５】
一部の実施形態において、歪補償（例えば、圧縮歪ＩｎＧａＡｓ  ＱＷおよび引張歪ＧａＡｓＰ量子バリア）を使用して、より高い出力パワー（＞倍率２ｘ）を有するＩＲμＬＥＤが、非常に高電流密度まで８〜２０ｘＭＱＷで実現されることができる。対照的に、９４０ｎｍで光を出力する片側圧縮歪ＩｎＧａＡｓ  ＭＱＷ  ＬＥＤは、材料品質および性能の理由でしばしば３〜５ＱＷに制限される。
【０１２６】
一部の実施形態において、赤または赤外μＬＥＤが、非常に薄いクラッド１０６（例えば、ｐ側）および放物面メサを含む。従来の大きな平面赤色高出力ＬＥＤチップは、活性部におけるより良好な電子阻止および閉込めのために非常に厚いｐ側を有する。例えば、薄いクラッドは、小さな放物面メサ（例えば、直径が１０μｍ未満）に対して３００ｎｍ未満でもよい。ＱＷ位置も、放物面メサ形状設計と整合するべきである。例えば、量子井戸は、メサの放物面焦点に、または反射コンタクトによって反射される光の波腹に配置されてもよい。厚い電流拡がり層は、発光領域からの光に対して透過性である（Ｔ＞８０％）。
【０１２７】
実施形態の以上の説明は例示の目的で提示されており、網羅的であるともまたは特許権を開示される厳密な形式に限定するとも意図されない。上記開示を考慮して多くの修正および変更が可能であることを当業者は認識することができる。
【０１２８】
本明細書で使用される言葉は主に読みやすさおよび教授目的で選択されており、発明の主題を定義または制限するようには選択されていない。したがって、特許権の範囲がこの詳細な説明によってでなく、むしろ本明細書に基づく出願によって発行されるいずれかの請求項によって限定されることが意図される。それゆえに、実施形態の本開示は、例示であって、以下の特許請求の範囲に記載される特許権の範囲を限定するものではないと意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ−４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ−９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ−１２Ｂ】
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【図１２Ｃ−１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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