(57)【要約】【課題】発光ダイオードおよびダイオードランプの外部効率を増す方法および該方法を用いて作られた発光ダイオードおよび発光ダイオードランプを提供すること。【解決手段】発光ダイオードであって、透明キャリア基板上にｐ型ＩＩＩ族窒化物層とｎ型ＩＩＩ族窒化物層とを含み、該透明キャリア基板は、該基板に隣接するＩＩＩ族窒化物層よりも低い屈折率を有する、発光ダイオード。透明キャリア基板上にｐ型ＩＩＩ族窒化物層とｎ型ＩＩＩ族窒化物層とを含み、該透明キャリア基板は、該基板に隣接するＩＩＩ族窒化物層よりも低い屈折率を有する、発光ダイオードが開示される。透明接着剤層が、ＩＩＩ族窒化物層に透明基板を接合し、該透明接着剤は、ＩＩＩ族窒化物層よりも低い屈折率を有する。ダイオードは、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層およびｎ型ＩＩＩ族窒化物層に対するそれぞれのオーム接触を含む。【選択図】図１
2008205468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードであって、
透明キャリア基板上にｐ型ＩＩＩ族窒化物層とｎ型ＩＩＩ族窒化物層とを含み、
該透明キャリア基板は、該基板に隣接する該ＩＩＩ族窒化物層よりも低い屈折率を有する、
発光ダイオード。
【請求項２】
前記ＩＩＩ族窒化物層に前記透明基板を接合する透明接着剤層をさらに含み、該透明接着剤は、該ＩＩＩ族窒化物層よりも低い屈折率を有する、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記透明接着剤は、１．３５と１．６５との間の屈折率を有し、スペクトルの紫外線部分、青色部分および緑色部分における電磁放射に対して光化学的に安定しており、少なくとも約１００℃の温度において熱的に安定している、請求項２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層および前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物層に対するそれぞれのオーム接触をさらに含む、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記キャリア基板の屈折率の約０．２の範囲内の屈折率を有するカプセル用材料をさらに含む、請求項３に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記透明接着剤は、ポリシロキサン接着剤を含む、請求項３に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記透明接着剤は、ビスベンゾシクロブテンベース樹脂を含む、請求項３に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記透明キャリア基板は、石英、融解石英、ガラスおよびサファイアから成る群から選択される、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物層は、前記基板上にあり、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層は、該ｎ型層上にある、請求項４に記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記ｎ型層と前記キャリア基板との間にレンズ形の界面を含む、請求項９に記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウムを含み、
前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウムを含み、
前記ダイオードは、該ｐ型窒化ガリウム層と該ｎ型窒化ガリウム層との間にＩＩＩ族窒化物活性部分をさらに含む、請求項９に記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記活性部分は、量子井戸、多重量子井戸、超格子、単一ヘテロ構造、および二重へテロ構造から成る群から選択される、請求項１１に記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
前記ｐ型窒化ガリウム層に対する前記オーム接触は、少なくとも約７０パーセントの透過率を有し、該ｐ型層の大半部分を覆う、請求項９に記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
前記ｐ型窒化ガリウム層に対する前記オーム接触は、約９０〜１００パーセントの透過率を有し、該ｐ型層の大半部分を覆う、請求項９に記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
前記ｐ型窒化ガリウム層に対する前記オーム接触は、酸化インジウムスズを含む、請求項９に記載の発光ダイオード。
【請求項１６】
前記ｐ型オーム接触に対する第１のボンドパッドと、前記ｎ型オーム接触に対する第２のボンドパッドとをさらに含む、請求項１３に記載の発光ダイオード。
【請求項１７】
前記ボンドパッドのうちの少なくとも１つは、前記オーム接触に隣接する反射面を有することによって、該ボンドパッドからの光を反射し、該ボンドパッドが光を吸収することを防止する、請求項１６に記載の発光ダイオード。
【請求項１８】
前記半透明オーム接触と前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層との間にレンズ形の界面を含む、請求項１３に記載の発光ダイオード。
【請求項１９】
前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物層と前記低屈折率透明基板との間の界面の反対側の、該低屈折率透明基板上にレンズ形の表面を含む、請求項９に記載の発光ダイオード。
【請求項２０】
前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層は、光の抽出を増加させるレンズ形の表面を有し、前記オーム接触は、該レンズ形の表面に実質的に一致する、請求項９に記載の発光ダイオード。
【請求項２１】
前記半透明ｐ型オーム接触は、前記ｐ型オーム接触と前記ｐ型窒化ガリウム層との間の界面の反対側にレンズ形の表面を有する、請求項９に記載の発光ダイオード。
【請求項２２】
前記ＩＩＩ族窒化物層と前記低屈折率透明基板との間の界面と、
前記ｐ型オーム接触と前記ｐ型層との間の界面と、
前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層の表面と、
前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物層の表面と、
該ｐ型オーム接触の表面と、
該ＩＩＩ族窒化物層の反対側の前記基板の表面と、
これらのレンズ形の表面の組み合わせと
から成る群から選択されるレンズ形の表面を含む、請求項９に記載の発光ダイオード。
【請求項２３】
発光ダイオードであり、
キャリア基板上のｐ型ＩＩＩ族窒化物層であって、該キャリア基板は、該ｐ型ＩＩＩ族窒化物の屈折率よりも低い屈折率を有する、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層と、
該ｐ型ＩＩＩ族窒化物層上のｎ型ＩＩＩ族窒化物層と、
該透明基板を該ＩＩＩ族窒化物層に接合する透明接着剤層であって、該透明接着剤はＩＩＩ族窒化物よりも低い屈折率を有する、透明接着剤層と、
該ｐ型ＩＩＩ族窒化物層に対するオーム接触と、
該ｎ型ＩＩＩ族窒化物層に対するオーム接触と
を備えている、発光ダイオード。
【請求項２４】
前記ｐ型オーム接触に対するボンドパッドと前記ｎ型オーム接触に対するボンドパッドとをさらに含む、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項２５】
前記オーム接触のうちの少なくとも１つは、前記低屈折率透明基板に向いている反射面を含む、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項２６】
前記接着剤は、１．３５と１．６５との間の屈折率を有する、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項２７】
前記接着剤は、ポリシロキサンを含む、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項２８】
前記接着剤は、ビスベンゾシクロブテンベース樹脂を含む、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項２９】
前記ｐ型オーム接触は、半透明である、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項３０】
前記ｐ型オーム接触は、酸化インジウムスズである、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項３１】
前記ｐ型オーム接触は、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層の間に配置され、前記低屈折率透明接着剤は、該ｐ型ＩＩＩ族窒化物層の全てを実質的に覆う、請求項２９に記載の発光ダイオード。
【請求項３２】
前記ｐ型層に対する前記オーム接触は、該ｐ型層と前記低屈折率透明基板との間にあり、
前記ｐ型オーム接触は、該低屈折率透明基板に隣接したレンズ形の表面を有する、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項３３】
前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物層は、前記ダイオードの面を形成し、該ｎ型ＩＩＩ族窒化物層は、光の抽出を増加させるレンズ形の表面を有する、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項３４】
前記ｐ型層は、前記低屈折率透明基板を向いているレンズ形の表面を有し、
前記低屈折率透明接着剤は、該低屈折率透明基板の反対側にレンズ形の面を有し、
前記ｐ型オーム接触は、該ｐ型層と該低屈折率透明接着剤との間にあり、該各レンズ形の面のそれぞれに一致する、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項３５】
前記低屈折率透明基板の反対側の前記ｎ型層の表面と、
該低屈折率透明基板と前記エピタキシャル層との間の界面と、
該エピタキシャル層の反対側の該低屈折率透明基板の表面と、
前記ｐ型オーム接触に隣接する前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層の表面と、
これらのレンズ形の表面の組み合わせと
から成る群から選択されるレンズ形の表面を含む、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項３６】
前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウムを含み、
前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウムを含み、
前記ダイオードは、該ｐ型窒化ガリウム層と該ｎ型窒化ガリウム層との間にＩＩＩ族窒化物活性部分をさらに含む、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項３７】
前記活性部分は、量子井戸、多重量子井戸、超格子、単一ヘテロ構造、および二重へテロ構造から成る群から選択される、請求項３６に記載の発光ダイオード。
【請求項３８】
発光ダイオードを形成する方法であって、
適合性のある基板上にＩＩＩ族窒化物のｐ型層およびｎ型層をそれぞれ形成することと、
該適合性のある基板をＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層から分離することと、
隣接するＩＩＩ族窒化物層の屈折率よりも低い屈折率を有する透明基板に、該ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を接合することと
を包含する、方法。
【請求項３９】
低屈折率透明接着剤を用いて、前記エピタキシャル層に前記透明基板を接合することをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記透明基板に前記エピタキシャル層を接合するステップは、該層を、石英、融解石英、ガラスおよびサファイアから成る群から選択される基板に接合することを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記層から前記適合性のある基板を除去する前に、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層と前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物層との間に多重量子井戸構造を加えることをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記適合性のある基板上に、それぞれ窒化ガリウムのｐ型層およびｎ型層を成長させることを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
炭化珪素基板上に、それぞれ窒化ガリウムのｐ型層およびｎ型層を成長させることを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
約１．３５と１．６との間の屈折率を有する透明接着剤を用いて前記エピタキシャル層に前記基板を接合することを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４５】
ポリシロキサンの接着剤を用いて前記エピタキシャル層に前記基板を接合することを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４６】
ビスベンゾシクロブテンベースの接着剤を用いて前記エピタキシャル層に前記基板を接合することを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４７】
ＬＥＤランプであって、
透明キャリア基板上に少なくともｎ型ＩＩＩ族窒化物層およびｐ型ＩＩＩ族窒化物層のそれぞれを含む発光ダイオードであって、該透明キャリア基板は、隣接するＩＩＩ族窒化物層の屈折率よりも低い屈折率を有する、発光ダイオードと、
該ＩＩＩ族窒化物層と該透明キャリア基板との間の透明接着剤であって、該透明接着剤は、隣接するＩＩＩ族窒化物層の屈折率よりも低い屈折率を有する、透明接着剤と、
該発光ダイオードを覆うカプセル用材料であって、該カプセル用材料は、該透明基板の屈折率の０．２の範囲内の屈折率を有する、カプセル用材料と
を備えている、ＬＥＤランプ。
【請求項４８】
前記ダイオードは、反射器上に配置される、請求項４７に記載のＬＥＤランプ。
【請求項４９】
前記カプセル用材料は、前記透明基板の屈折率の０．１の範囲内の屈折率を有する、請求項４７に記載のＬＥＤランプ。
【請求項５０】
前記カプセル用材料は、前記透明基板の屈折率よりも高い屈折率を有する、請求項４７に記載のＬＥＤランプ。
【請求項５１】
前記カプセル用材料の中に蛍光体をさらに含む、請求項４７に記載のＬＥＤランプ。
【請求項５２】
前記蛍光体は、セシウムドーピングされたＹＡＧを含む、請求項５１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項５３】
前記透明基板は、１．３５と１．６５との間の屈折率を有する、請求項４７に記載のＬＥＤランプ。
【請求項５４】
前記透明接着剤は、１．３５と１．６５との間の屈折率を有する、請求項４７に記載のＬＥＤランプ。
【請求項５５】
前記透明接着剤は、ポリシロキサン接着剤とビスベンゾシクロブテンベース接着剤とから成る群から選択される、請求項５４に記載のＬＥＤランプ。
【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、発光ダイオード（ＬＥＤ）からの光を変換する蛍光体とともに用いられることによって、ＬＥＤによって放射される周波数と蛍光体によって変換される周波数との、部分的な結合または完全な結合のいずれかである出力を生成する、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、デバイスの全域、および最も基本的にはｐ−ｎ接合にわたる電流の印加が、電子と正孔との間の再結合イベントを生成する蛍光デバイスの類である。次いで、該イベントは、放射された光子の形状において、少なくとも一部のエネルギーを生ずる。
【０００３】
再結合イベントは、量子力学の原理によって定義および解釈されるので、該イベントによって生成されたエネルギー（および故に光子）は、該イベントが発生する半導体材料の特性に依存する。この点において、半導体材料のバンドギャップは、発光ダイオードの性能に関係する最も基本的な特徴である。再結合イベントは、半導体材料の価電子帯と伝導帯との間で発生するので、該イベントは、バンドギャップよりも大きな量のエネルギーを決して生成し得ない。従って、より小さなバンドギャップの材料は、より低いエネルギー（および、故により低い周波数）の光子を生成し、一方で、より大きなバンドギャップの材料は、より高いエネルギー、およびより高い周波数光子を生成し得る。
【０００４】
発光ダイオードは、他の半導体デバイスの、多くの有利な特性を共有する。これらは、一般的に、丈夫な物質の特性、長寿命、高い信頼性、および特定の材料に依存して一般的に低コストであることを含む。
【０００５】
発光ダイオード、または少なくとも半導体の発光特性は、長年にわたって認識されてきた。１９０７年の刊行物（非特許文献１）は、炭化珪素を介して印加した電流は、観察されたが説明の出来ない光の放射を生成したことを報告した。ＬＥＤのより広範囲に広がった商業用の使用は、１９７０年代に、リン化ガリウム（ＧａＰ）およびヒ化リン化ガリウム（ＧａＡｓＰ）などのより小さなバンドギャップ材料から形成された、より低い周波数のＬＥＤ（主として赤色または黄色）を組み入れたインジケータの種類の使用によって始まった。
【０００６】
１９９０年代に、理論上の実現ではなく、商業用としての青色発光ダイオードの開発が、照明目的のためのＬＥＤへの関心を大いに高めた。この点に関しては、「表示」は、自己発光の物体として観察される光源（例えば、電子機器上のインジケータライト）を指し、一方で、「照明」は、他の物体によって反射された光の中のそれらの物体を観察するために用いられる光源（例えば、室内照明またはデスクランプ）を指す。Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｇｒａｍ、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｒｃ．ｒｐｉ．ｅｄｕ／ｐｒｏｇｒａｍｓ／ＮＬＰＩＰ／ｇｌｏｓｓａｒｙ．ａｓｐ（２００６年１２月）を参照されたい。
【０００７】
発光ダイオードは、インジケータ目的のために幅広く受け入れられてきたが、発光ダイオードの照明のための可能性のある使用は、室内および室外の照明具、バックライティング（例えば、ディスプレイのために）、携帯照明具（例えば、懐中電灯）、商業用照明、信号、建築および景観への適用、ならびに、娯楽および宣伝用の設置などを含む。
【０００８】
青色発光ダイオードの利用可能性は、相応じて白色光を生成するための少なくとも２つの技術に対する機会を提供する。第１の技術において、青色ＬＥＤは、赤色および緑色のＬＥＤとともに用いられることによって、その組み合わせが、白色光を形成し、または、フルカラーディスプレイのように、３原色の任意の他の組み合わせを形成し得る。
【０００９】
商業的に幅広く受け入れられてきた第２の技術において、青色発光ダイオードは、黄色発光蛍光体、すなわちＬＥＤによって放射された青色光を吸収し、該青色光を変換し、かつ黄色光として放射する蛍光体とともに、ランプの中で結合される。青色光と黄色光との組み合わせは、多くの照明の環境において有用な白色光の色調を生成する。
【００１０】
柔軟に用いられているが、単語「ダイオード」（または、「発光ダイオード」）が、ｐ−ｎ接合を含む基本的な半導体構造に、最も相応しく適用される。用語「ランプ」が、最も相応しく適用されるものは、ダイオードが、該ダイオードを回路に接続し得る電極に取り付けられており、また、ダイオードが周囲の環境にさらされることを防ぎ、光の出力を増加し方向付けることを促進するポリマーレンズ内にある、パッケージングされたデバイスである。それにもかかわらず、用語「ＬＥＤ」が、より正確にはランプなどを指し得るパッケージングされたダイオードを指すために頻繁に用いられ、その逆も同じである。一般的に、該用語の意味は、文脈において明らかである。
【００１１】
青色周波数は、可視スペクトル内で最も高いエネルギーを表す（赤色周波数が最も低い）ので、該青色周波数は、相対的に高いエネルギーの再結合イベントによって生成されなくてはならない。これは、今度は半導体材料が相対的に広いバンドギャップを有することを要求する。従って、青色発光ダイオードに対する候補の材料、故に白色発光ＬＥＤランプに対する候補の材料は、炭化珪素（ＳｉＣ）、ＩＩＩ族の窒化物（例えば、ＧａＮ）、およびダイヤモンドを含む。これらの直接的な放射源特性のために、青色発光ダイオードにおける最も大きな関心は、ＩＩＩ族の窒化物材料、例えば窒化ガリウム、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、および窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）に集中する。
【００１２】
しかし、照明は、表示を行うことよりもより高い量の光の出力を必要とする傾向がある。この点においては、あらゆる所与の時間においてダイオードによって生成される個々の光子の数は、ダイオードにおいて生成される再結合イベントの数に依存し、通常は、光子の数は、再結合イベントの数よりも少ない（すなわち、全てのイベントが光子を生成するわけではない）。今度は逆に、再結合イベントの数は、ダイオードにわたって印加される電流の量に依存する。再び述べると、再結合の数は、通常は接合にわたって導入される電子の数よりも少ない。故に、これらの電子特性は、ダイオードの外部出力を低減し得る。
【００１３】
加えて、光子が生成されるときには、該光子も、観察者によって知覚されるためにダイオードおよびランプから離れなくてはならない。大半の光子は、困難なくランプから離れるが、多くの周知の要因が、光子が離れることを妨げるように作用し、そのことが、結果的にＬＥＤランプの外部出力を低減させ得る。これらは、光子が放射されるのではなく、再び吸収されるまで内部反射を含む。ダイオードにおける材料間の屈折率もまた、放射される光子の方向を変化させ、光子を、光子を吸収する物質に到達させ得る。同一の結果が、蛍光体によって放射された黄色の光子についても起こり得る。ＬＥＤランプにおいて、そのような「物質」は、基板、パッケージングの部品、金属接触層、および光子がランプから出ていくことを妨げる、他のあらゆる材料または要素を含み得る。
【００１４】
さらに、光を放射することに加えて、エピタキシャル層はまた、入ってくる光を吸収する（同じ量子力学の一部の理由による）。故に、一般的および相対的な観点から、量子井戸は、窒化ガリウムのｐ型エピタキシャル層よりも多くの光を再吸収し、窒化ガリウムのｐ型層は、窒化ガリウムのｎ型エピタキシャル層よりも多くの光を再吸収する。
【００１５】
今日まで、大きなＩＩＩ族の窒化物の結晶の、塊の結晶の成長は、依然として困難である。従って、ＬＥＤにおいてｐ−ｎ接合を生成する、薄くて高品質のエピタキシャル層を形成するためには、ＩＩＩ族の窒化物材料が、通常は基板上に成長しなくてはならない。一部の構造におけるように、基板が、結果として発光ランプの一部として残存するときには、該基板は、接合によって放射された光子を吸収する、１つ以上の機会を提供し得、故に、ダイオード全体の外部量子効率を低減させる。
【００１６】
ほとんどのダイオードパッケージのレンズまたはカプセル化部分は、通常は低屈折率のエポキシ樹脂から形成されるが、これらの樹脂は、一般的にＩＩＩ族窒化物ベースのダイオードの高周波数の放射が存在するところでは、劣化しやすい。加えて、多くのパッケージは目下、ミラー層（例えば、同一人に譲渡され、同時係属出願の、２００５年３月１７日に出願された米国特許出願第１１／０８２，４７０号であり、現在は特許文献１として公開されている）を含み、該ミラー層は、次いでさらに鏡のような放射を生成する。ランベルティアンパターンが所望される場合には、一部の種類の拡散器が、ミラーの反射の特徴を低減させるために含まれなくてはならない。しかし、拡散器が存在すると、ダイオードランプの全体的な効率が下がる。さらに、ダイオードを製造するために一般的に便利な基板は、「暗く」なる傾向にあり、すなわち、基板は、ダイオードによって生成された光子の特定の割合を吸収する。そのような吸収は、ダイオードランプの外部量子効率を同様に減少させる。
【００１７】
発光ダイオードは、通常は、さまざまな材料の複数の層を含む。結果的に、活性部分から放射される光は、通常は、ダイオードから出る前に、そのような層の１つ以上を通過するか、または横切らなくてはならない。加えて、ダイオードがランプとしてパッケージングされるときには、ダイオードから離れていく光は、レンズ材料に入り、通過し、かつ出なくてはならない。これらの状況のそれぞれにおいて、スネルの法則が規定することは、光子は、１つの材料から次の材料へと通過する際に、屈折されるということである。屈折される光子の量は、２つの材料の屈折率の間の差、および光が界面に達する入射角に依存する。
【００１８】
ダイオードまたはダイオードランプにおいて、一部の反射光は、それでもダイオードの他の一部の位置から逃げるが、特定の割合の光は、完全に内部反射され、ダイオードまたはダイオードランプから出ることは決して無く、故に、ダイオードおよびダイオードを含むあらゆるランプの外部量子効率を機能的に減少させる。出て行く光子の割合における個々の減少量は、相対的に小さく見え得るが、累積的な効果は顕著であり、それが無ければ非常に類似するダイオードは、これらの小さな割合の損失からさえももたらされる、明白に異なる性能効率を有し得る。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００６０８７４号明細書
【非特許文献１】Ｈ．Ｊ．Ｒｏｕｎｄ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｗｏｒｌｄ  ４９、３０９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従って、発光ダイオードおよびダイオードランプの外部効率を増す、継続的な必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
一局面において、本発明は、発光ダイオードであり、該発光ダイオードは、透明キャリア基板上にｐ型ＩＩＩ族窒化物層とｎ型ＩＩＩ族窒化物層と、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層およびｎ型ＩＩＩ族窒化物層に対するそれぞれのオーム接触を含み、該透明キャリア基板は、該キャリア基板に隣接するＩＩＩ族窒化物層よりも低い屈折率を有する。
【００２１】
さらに別の局面において、本発明は、発光ダイオードを形成する方法である。該方法は、適合性のある基板上にＩＩＩ族窒化物のｐ型層およびｎ型層をそれぞれ形成するステップと、該適合性のある基板をＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層から分離するステップと、隣接するＩＩＩ族窒化物層の屈折率よりも低い屈折率を有する透明基板に、該ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を接合するステップとを包含する。
【００２２】
さらに別の局面において、本発明は、反射器と該反射器上の発光ダイオードとを含む、発光ダイオードランプである。該ダイオードは、透明キャリア基板上に少なくともｎ型ＩＩＩ族窒化物層およびｐ型ＩＩＩ族窒化物層のそれぞれを含む発光ダイオードであって、該透明キャリア基板は、隣接するＩＩＩ族窒化物層の屈折率よりも低い屈折率を有する。カプセル用材料は、発光ダイオードを覆い、該カプセル用材料は、透明基板の屈折率の０．２の範囲内の屈折率を有する。
【００２３】
本発明の前述および他の利点、ならびに本発明が達成される方法は、添付の図面に関連してなされる以下の詳細な記述に基づいて明らかとなる。
【００２４】
本発明は、さらに以下の手段を提供する。
【００２５】
（項目１）
発光ダイオードであって、
透明キャリア基板上にｐ型ＩＩＩ族窒化物層とｎ型ＩＩＩ族窒化物層とを含み、
該透明キャリア基板は、該基板に隣接する該ＩＩＩ族窒化物層よりも低い屈折率を有する、
発光ダイオード。
【００２６】
（項目２）
上記ＩＩＩ族窒化物層に上記透明基板を接合する透明接着剤層をさらに含み、該透明接着剤は、該ＩＩＩ族窒化物層よりも低い屈折率を有する、項目１に記載の発光ダイオード。
【００２７】
（項目３）
上記透明接着剤は、１．３５と１．６５との間の屈折率を有し、スペクトルの紫外線部分、青色部分および緑色部分における電磁放射に対して光化学的に安定しており、少なくとも約１００℃の温度において熱的に安定している、項目２に記載の発光ダイオード。
【００２８】
（項目４）
上記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層および上記ｎ型ＩＩＩ族窒化物層に対するそれぞれのオーム接触をさらに含む、項目１に記載の発光ダイオード。
【００２９】
（項目５）
上記キャリア基板の屈折率の約０．２の範囲内の屈折率を有するカプセル用材料をさらに含む、項目３に記載の発光ダイオード。
【００３０】
（項目６）
上記透明接着剤は、ポリシロキサン接着剤を含む、項目３に記載の発光ダイオード。
【００３１】
（項目７）
上記透明接着剤は、ビスベンゾシクロブテンベース樹脂を含む、項目３に記載の発光ダイオード。
【００３２】
（項目８）
上記透明キャリア基板は、石英、融解石英、ガラスおよびサファイアから成る群から選択される、項目１に記載の発光ダイオード。
【００３３】
（項目９）
上記ｎ型ＩＩＩ族窒化物層は、上記基板上にあり、上記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層は、該ｎ型層上にある、項目４に記載の発光ダイオード。
【００３４】
（項目１０）
上記ｎ型層と上記キャリア基板との間にレンズ形の界面を含む、項目９に記載の発光ダイオード。
【００３５】
（項目１１）
上記ｎ型ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウムを含み、
上記ｐ型ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウムを含み、
上記ダイオードは、該ｐ型窒化ガリウム層と該ｎ型窒化ガリウム層との間にＩＩＩ族窒化物活性部分をさらに含む、項目９に記載の発光ダイオード。
【００３６】
（項目１２）
上記活性部分は、量子井戸、多重量子井戸、超格子、単一ヘテロ構造、および二重へテロ構造から成る群から選択される、項目１１に記載の発光ダイオード。
【００３７】
（項目１３）
上記ｐ型窒化ガリウム層に対する上記オーム接触は、少なくとも約７０パーセントの透過率を有し、該ｐ型層の大半部分を覆う、項目９に記載の発光ダイオード。
【００３８】
（項目１４）
上記ｐ型窒化ガリウム層に対する上記オーム接触は、約９０〜１００パーセントの透過率を有し、該ｐ型層の大半部分を覆う、項目９に記載の発光ダイオード。
【００３９】
（項目１５）
上記ｐ型窒化ガリウム層に対する上記オーム接触は、酸化インジウムスズを含む、項目９に記載の発光ダイオード。
【００４０】
（項目１６）
上記ｐ型オーム接触に対する第１のボンドパッドと、上記ｎ型オーム接触に対する第２のボンドパッドとをさらに含む、項目１３に記載の発光ダイオード。
【００４１】
（項目１７）
上記ボンドパッドのうちの少なくとも１つは、上記オーム接触に隣接する反射面を有することによって、該ボンドパッドからの光を反射し、該ボンドパッドが光を吸収することを防止する、項目１６に記載の発光ダイオード。
【００４２】
（項目１８）
上記半透明オーム接触と上記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層との間にレンズ形の界面を含む、項目１３に記載の発光ダイオード。
【００４３】
（項目１９）
上記ｎ型ＩＩＩ族窒化物層と上記低屈折率透明基板との間の界面の反対側の、該低屈折率透明基板上にレンズ形の表面を含む、項目９に記載の発光ダイオード。
【００４４】
（項目２０）
上記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層は、光の抽出を増加させるレンズ形の表面を有し、上記オーム接触は、該レンズ形の表面に実質的に一致する、項目９に記載の発光ダイオード。
【００４５】
（項目２１）
上記半透明ｐ型オーム接触は、上記ｐ型オーム接触と上記ｐ型窒化ガリウム層との間の界面の反対側にレンズ形の表面を有する、項目９に記載の発光ダイオード。
【００４６】
（項目２２）
上記ＩＩＩ族窒化物層と上記低屈折率透明基板との間の界面と、
上記ｐ型オーム接触と上記ｐ型層との間の界面と、
上記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層の表面と、
上記ｎ型ＩＩＩ族窒化物層の表面と、
該ｐ型オーム接触の表面と、
該ＩＩＩ族窒化物層の反対側の上記基板の表面と、
これらのレンズ形の表面の組み合わせと
から成る群から選択されるレンズ形の表面を含む、項目９に記載の発光ダイオード。
【００４７】
（項目２３）
発光ダイオードであり、
キャリア基板上のｐ型ＩＩＩ族窒化物層であって、該キャリア基板は、該ｐ型ＩＩＩ族窒化物の屈折率よりも低い屈折率を有する、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層と、
該ｐ型ＩＩＩ族窒化物層上のｎ型ＩＩＩ族窒化物層と、
該透明基板を該ＩＩＩ族窒化物層に接合する透明接着剤層であって、該透明接着剤はＩＩＩ族窒化物よりも低い屈折率を有する、透明接着剤層と、
該ｐ型ＩＩＩ族窒化物層に対するオーム接触と、
該ｎ型ＩＩＩ族窒化物層に対するオーム接触と
を備えている、発光ダイオード。
【００４８】
（項目２４）
上記ｐ型オーム接触に対するボンドパッドと上記ｎ型オーム接触に対するボンドパッドとをさらに含む、項目２３に記載の発光ダイオード。
【００４９】
（項目２５）
上記オーム接触のうちの少なくとも１つは、上記低屈折率透明基板に向いている反射面を含む、項目２３に記載の発光ダイオード。
【００５０】
（項目２６）
上記接着剤は、１．３５と１．６５との間の屈折率を有する、項目２３に記載の発光ダイオード。
【００５１】
（項目２７）
上記接着剤は、ポリシロキサンを含む、項目２３に記載の発光ダイオード。
【００５２】
（項目２８）
上記接着剤は、ビスベンゾシクロブテンベース樹脂を含む、項目２３に記載の発光ダイオード。
【００５３】
（項目２９）
上記ｐ型オーム接触は、半透明である、項目２３に記載の発光ダイオード。
【００５４】
（項目３０）
上記ｐ型オーム接触は、酸化インジウムスズである、項目２３に記載の発光ダイオード。
【００５５】
（項目３１）
上記ｐ型オーム接触は、上記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層の間に配置され、上記低屈折率透明接着剤は、該ｐ型ＩＩＩ族窒化物層の全てを実質的に覆う、項目２９に記載の発光ダイオード。
【００５６】
（項目３２）
上記ｐ型層に対する上記オーム接触は、該ｐ型層と上記低屈折率透明基板との間にあり、
上記ｐ型オーム接触は、該低屈折率透明基板に隣接したレンズ形の表面を有する、項目２３に記載の発光ダイオード。
【００５７】
（項目３３）
上記ｎ型ＩＩＩ族窒化物層は、上記ダイオードの面を形成し、該ｎ型ＩＩＩ族窒化物層は、光の抽出を増加させるレンズ形の表面を有する、項目２３に記載の発光ダイオード。
【００５８】
（項目３４）
上記ｐ型層は、上記低屈折率透明基板を向いているレンズ形の表面を有し、
上記低屈折率透明接着剤は、該低屈折率透明基板の反対側にレンズ形の面を有し、
上記ｐ型オーム接触は、該ｐ型層と該低屈折率透明接着剤との間にあり、該各レンズ形の面のそれぞれに一致する、項目２３に記載の発光ダイオード。
【００５９】
（項目３５）
上記低屈折率透明基板の反対側の上記ｎ型層の表面と、
該低屈折率透明基板と上記エピタキシャル層との間の界面と、
該エピタキシャル層の反対側の該低屈折率透明基板の表面と、
上記ｐ型オーム接触に隣接する上記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層の表面と、
これらのレンズ形の表面の組み合わせと
から成る群から選択されるレンズ形の表面を含む、項目２３に記載の発光ダイオード。
【００６０】
（項目３６）
上記ｎ型ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウムを含み、
上記ｐ型ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウムを含み、
上記ダイオードは、該ｐ型窒化ガリウム層と該ｎ型窒化ガリウム層との間にＩＩＩ族窒化物活性部分をさらに含む、項目２３に記載の発光ダイオード。
【００６１】
（項目３７）
上記活性部分は、量子井戸、多重量子井戸、超格子、単一ヘテロ構造、および二重へテロ構造から成る群から選択される、項目３６に記載の発光ダイオード。
【００６２】
（項目３８）
発光ダイオードを形成する方法であって、
適合性のある基板上にＩＩＩ族窒化物のｐ型層およびｎ型層をそれぞれ形成することと、
該適合性のある基板をＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層から分離することと、
隣接するＩＩＩ族窒化物層の屈折率よりも低い屈折率を有する透明基板に、該ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を接合することと
を包含する、方法。
【００６３】
（項目３９）
低屈折率透明接着剤を用いて、上記エピタキシャル層に上記透明基板を接合することをさらに含む、項目３８に記載の方法。
【００６４】
（項目４０）
上記透明基板に上記エピタキシャル層を接合するステップは、該層を、石英、融解石英、ガラスおよびサファイアから成る群から選択される基板に接合することを含む、項目３８に記載の方法。
【００６５】
（項目４１）
上記層から上記適合性のある基板を除去する前に、上記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層と上記ｎ型ＩＩＩ族窒化物層との間に多重量子井戸構造を加えることをさらに含む、項目３８に記載の方法。
【００６６】
（項目４２）
上記適合性のある基板上に、それぞれ窒化ガリウムのｐ型層およびｎ型層を成長させることを含む、項目３８に記載の方法。
【００６７】
（項目４３）
炭化珪素基板上に、それぞれ窒化ガリウムのｐ型層およびｎ型層を成長させることを含む、項目４２に記載の方法。
【００６８】
（項目４４）
約１．３５と１．６との間の屈折率を有する透明接着剤を用いて上記エピタキシャル層に上記基板を接合することを含む、項目３９に記載の方法。
【００６９】
（項目４５）
ポリシロキサンの接着剤を用いて上記エピタキシャル層に上記基板を接合することを含む、項目３９に記載の方法。
【００７０】
（項目４６）
ビスベンゾシクロブテンベースの接着剤を用いて上記エピタキシャル層に上記基板を接合することを含む、項目３９に記載の方法。
【００７１】
（項目４７）
ＬＥＤランプであって、
透明キャリア基板上に少なくともｎ型ＩＩＩ族窒化物層およびｐ型ＩＩＩ族窒化物層のそれぞれを含む発光ダイオードであって、該透明キャリア基板は、隣接するＩＩＩ族窒化物層の屈折率よりも低い屈折率を有する、発光ダイオードと、
該ＩＩＩ族窒化物層と該透明キャリア基板との間の透明接着剤であって、該透明接着剤は、隣接するＩＩＩ族窒化物層の屈折率よりも低い屈折率を有する、透明接着剤と、
該発光ダイオードを覆うカプセル用材料であって、該カプセル用材料は、該透明基板の屈折率の０．２の範囲内の屈折率を有する、カプセル用材料と
を備えている、ＬＥＤランプ。
【００７２】
（項目４８）
上記ダイオードは、反射器上に配置される、項目４７に記載のＬＥＤランプ。
【００７３】
（項目４９）
上記カプセル用材料は、上記透明基板の屈折率の０．１の範囲内の屈折率を有する、項目４７に記載のＬＥＤランプ。
【００７４】
（項目５０）
上記カプセル用材料は、上記透明基板の屈折率よりも高い屈折率を有する、項目４７に記載のＬＥＤランプ。
【００７５】
（項目５１）
上記カプセル用材料の中に蛍光体をさらに含む、項目４７に記載のＬＥＤランプ。
【００７６】
（項目５２）
上記蛍光体は、セシウムドーピングされたＹＡＧを含む、項目５１に記載のＬＥＤランプ。
【００７７】
（項目５３）
上記透明基板は、１．３５と１．６５との間の屈折率を有する、項目４７に記載のＬＥＤランプ。
【００７８】
（項目５４）
上記透明接着剤は、１．３５と１．６５との間の屈折率を有する、項目４７に記載のＬＥＤランプ。
【００７９】
（項目５５）
上記透明接着剤は、ポリシロキサン接着剤とビスベンゾシクロブテンベース接着剤とから成る群から選択される、項目５４に記載のＬＥＤランプ。
【００８０】
（摘要）
透明キャリア基板上にｐ型ＩＩＩ族窒化物層とｎ型ＩＩＩ族窒化物層とを含む発光ダイオードであって、該透明キャリア基板は、該基板に隣接するＩＩＩ族窒化物層よりも低い屈折率を有する、発光ダイオードが開示される。透明接着剤層が、ＩＩＩ族窒化物層に透明基板を接合し、該透明接着剤は、ＩＩＩ族窒化物層よりも低い屈折率を有する。該ダイオードは、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層およびｎ型ＩＩＩ族窒化物層に対するそれぞれのオーム接触を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８１】
本発明は、発光ダイオードであり、その第１の実施形態は、図１において、概して１０で表される。基本的な実施形態において、ダイオードは、透明キャリア基板１３上にｐ型ＩＩＩ族窒化物層１１およびｎ型ＩＩＩ族窒化物層１２を含み得、該透明キャリア基板は、キャリア基板１３に隣接するＩＩＩ族窒化物層（図１ではｎ型層１２）よりも低い屈折率を有する。
【００８２】
低屈折率の透明キャリア基板は、通常は約１．３５と１．６５との間の屈折率を有する。ダイオードのキャリア基板に有用である代表的な材料は、限定的にではなく、石英、融解石英、およびガラスを含む。サファイアも、透明キャリア基板として用いられ得るが、約１．８という僅かに高い屈折率を有する。用語「透明」は、当該分野において一般的に周知であるが、代表的な透明キャリア基板は、少なくとも約７０％の入射光を透過し、好適には、ダイオードの活性部分によって生成された、関連する周波数の入射光の約９０〜１００パーセントを透過する。
【００８３】
言い換えると、基板の屈折率をカプセル用材料の屈折率に整合させることによって、本発明は、基板からカプセル用材料への光の透過を向上させ、故に外部量子効率を向上させる。
【００８４】
従来、ガラスなどの非晶質材料は、エピタキシャル層の成長にはあまり有利ではないと考えられており、従来の考えの結果として、ガラスをエピタキシャル層のための成長物質として用いることは、避けられてきた。所望の場合に、そして、材料が他のどのような状況においても本発明の他の要素の構造および機能と適合性がある場合には、キャリア基板は、例えば光を有利に散乱または拡散させるために含まれるような、蛍光体または他の粒子を含み得る。さらに、本明細書において、単一の要素として記述されるが、キャリア基板は単一の層として限定されず、本発明の構造および機能の条件を満たす場合には、多層構造であり得る。
【００８５】
しかし、本発明の例示的な実施形態において、そして、製造方法に関して本明細書で後に論じられるように、基板は、１１および１２の層が成長する層を表すものではない。その代わりに、所望の光学的性質を有するキャリア１３基板が、層１４として模式的に図示される低屈折率の透明接着剤によって、エピタキシャル層１１および１２に接合される。
【００８６】
本明細書において用いられる場合、用語「キャリア基板」は、エピタキシャル層が最初に成長した基板以外の基板を指す。当業者に公知のように、半導体エピタキシャル層は、そのような成長に対して最も敏感に反応する、適合性のある基板上で最良に成長する。典型的な因子は、良好な格子整合、熱膨張の係数、成長基板とエピタキシャル層との間の化学的な適合性、および化学蒸着（ＣＶＤ）成長温度での安定性を含む。
【００８７】
多くの理由のために、一旦エピタキシャル層が成長すると、該エピタキシャル層は、成長基板から除去され得、キャリア基板上に配置され得る。そのような理由は、限定的にではなく、成長基板が有した屈折率よりもより所望の屈折率を有する、最終的な構造の基板を有することへの希望を含む。
【００８８】
フリップチップの実施形態（すなわち、基板が、最終的なダイオードの放射面を形成する実施形態）において、または成長基板がキャリア基板と取り替えられる実施形態において、一部の成長基板は、エピタキシャル層のうちの１つに隣接して残留物として留まり得るが、通常は留まらない。他の場合において、キャリア基板は、成長基板と同一の材料であり得るが、成長基板が除去された後にエピ層に加えられ得る。
【００８９】
キャリア基板をダイオードの活性部分（通常はエピタキシャル層）に接合させる低屈折率透明接着剤は、約１．３５と１．６５との間の屈折率を有し、スペクトルの紫外線部分、青色部分および緑色部分の中の電磁放射に対して光化学的に安定しており、また、少なくとも約１００℃の温度において熱的に安定している。
【００９０】
この基準を満たし、同様にダイオードの他の部分へのあらゆる望ましくない反応または拒否的な効果を避ける接着剤が、キャリア基板１３をエピタキシャル層１１および１２に接合させるために受け入れられる。この基準を満たす一連の材料は、ポリシロキサン組成物であり、これは、しばしば「シリコーン」と呼ばれる。ポリシロキサンは、ＵＶおよび高エネルギー可視領域において高い光透過率を有し、約１．３８〜１．６２の範囲内で所望の屈折率を有するように調整され得、優秀な光熱的な安定性を有し、処理を容易にする種々の技術で硬化され得、高い純度で入手可能であり、ゲルから硬質樹脂までの硬さの範囲で硬化され得る。そのようなポリシロキサンは、数多くのソースから入手可能であり、一般的に当該分野において周知であり、本明細書において詳細には記述されない。
【００９１】
接着剤の他の候補となる材料は、ビスベンゾシクロブテンベース（「ＢＣＢ」）の樹脂を含み、該樹脂の見本は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ、Ｍｉｄｌａｎｄ、Ｍｉｃｈｉｇａｎ  ４８６７４、ＵＳＡからＣＹＣＬＯＴＥＮＥの銘柄の下で入手可能である。これらのＢＣＢ樹脂は、ハイソリッドで低粘度の溶液として配合され、有利な電子的特性および機械的特性を有する。可視の波長において、ＢＣＢ樹脂は、約１．６２（４００ナノメートルで）から約１．５５（８００ナノメートルで）の範囲の屈折率を有する。従って、ＢＣＢ樹脂は、本明細書において記述される透明キャリア基板と良好に整合する。
【００９２】
ダイオード１０は、ｎ型層１２がキャリア基板１３に隣接している実施形態を表す。これは、ｐ型層１１を、ダイオード１０の面のより近くに配置する。従って、ｎ型層１２に対するオーム接触は、１５で表され、ｐ型層１１に対するオーム接触は、１６で表される。オーム接触の各々は、それぞれのボンドパッド１７および２０を含み得る。なぜならば、多くの状況において、最良のオーム接触を構成する金属は、回路の残りの部分または他のデバイスへの最良の接触を構成する金属とは異なるからである。
【００９３】
例示的な実施形態において、ダイオード１０は、多重量子井戸２１などの活性部分をさらに含むか、あるいは単一または二重のヘテロ構造などの別の放射構造をさらに含み得る。これらの構造は、一般的に当該分野において周知であり、本明細書においてさらに詳細には記述されない。
【００９４】
例示的な実施形態において、ｐ型層１１およびｎ型層１２は、窒化ガリウム（ＧａＮ）から形成され、多重量子井戸２１は、窒化ガリウムと窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）との交互の層から形成される。当該分野において周知のように、ＩｎＧａＮ（すなわちＩｎｘＧａ１−ｘＮ）の中のインジウムの原子分率を調節することは、特定の程度、すなわちあまり安定しない窒化物を形成するインジウムの量を増加させる傾向に対して事実上平衡を保つ要素までダイオードの放射周波数を調整し得る。
【００９５】
ｐ型窒化ガリウムは、ｎ型窒化ガリウムよりもより抵抗性を有する傾向にあるので、ｐ型層１１に対するオーム接触１６は、ｐ型層１１を介する電流の流れを向上させるために、一般的には相対的に大きい。接触１６は相対的に大きいので、本発明において、該接触は、少なくとも約７０パーセント、また好適には９０〜１００パーセント程の透過率を有するように形成される。従って、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの金属酸化化合物は、この目的のために有用である。本明細書において用いられる場合、透過率は、パーセントで表される、物体に到達する光の強度と、最初の光が物体を通過した後に現われる光の強度との差を指す。
【００９６】
図２から図５は、ｎ型層１２が低屈折率透明キャリア基板１３に隣接する、実施形態の追加の特徴を図示する。適切な場合には、さまざまな図面における同様の要素は、同様の参照番号を有する。
【００９７】
図２は、ｎ型層１２と接着層１４との間にレンズ形の表面２４または界面を含む実施形態を図示する。加えて、オーム接触１５または１６のいずれか、あるいはボンドパッド１７または２０は、オーム接触１５または１６に隣接する反射面２２または２３を含むことによって、ボンドパッドから離れるように光を反射させ、ボンドパッド１７または２０が光を吸収することを防止し得る。
【００９８】
光を吸収し、故に外部量子効率を低減させる傾向にある、ダイオードの中の全てのアイテムのうちで、ボンドパッドは、最も高い吸収を示す。従って、ほとんどの状況の中で、エピタキシャル層に戻ってくる反射光は望ましくないが、エピタキシャル層は、ボンドパッドよりも多くの光を逃がす。結果的に、ボンドパッドからの反射光は、反射光がエピタキシャル層に戻るとしても、ほぼ常に望ましい。
【００９９】
用語「レンズ形」は、相対的に幅広い意味で用いられ、同一人に譲渡され、同時係属出願の、２００６年７月３１日出願、米国特許出願第１１／４６１，０１８号（米国特許出願公開第２００６／００６０８７４号「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  ３Ｄ  Ｆｅａｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ」）などに明らかにされるような、慎重にパターニングされた表面の特徴を含み、かつ、同一人に譲渡され、同時係属出願の２００６年１月３０日に出願された米国特許出願第１１／３４３，１８０号（米国特許出願公開第２００６／０１８６４１８号）に記述される、よりランダムに生成される特徴を含む。これらの出願のそれぞれの内容は、本明細書においてその全体が参照として援用される。
【０１００】
一般的に、光は、より低い屈折率の材料からより高い屈折率の材料へと容易に移動する傾向がある。従って、光がＩＩＩ族窒化物層などの高屈折率材料からキャリア基板などの低屈折率材料に進むことを予期することは、反直観的であり得る。
【０１０１】
この理由のために、光がより高い屈折率の材料からより低い屈折率の材料へと移動するときには、（幾何学的に構成されていても、化学的に発達されていても）レンズ形の表面または界面は、より大きな利点を提供する傾向にある。不利ではないが、界面のそれぞれの側の材料の屈折率がおおよそ同じであるか、光が低屈折率材料から高屈折率材料へと移動するときには、レンズ形の表面は、目立った効果をそれほど有していない。故に、一般的に、レンズ形の界面は、より高い屈折率の材料からより低い屈折率の材料への光の透過を向上させ、結果として、該レンズ形の界面は、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層と低屈折率のキャリア基板との間に、ほぼ常に好まれる。
【０１０２】
従って、本発明は、所望の光の抽出の方向に最も好ましい位置でレンズ形の表面を用いることによって、高い界面から低い界面にわたる光の移動を向上させる機会を提供する。勿論、これは、パッケージングを含む多くの設計の要因に依存し得る。故に、レンズ形の表面のための好ましい位置は、絶対的なものではなく、むしろ所与の状況における所与のダイオードからの光の抽出を向上させるように選択される。
【０１０３】
しかし、本発明は、レンズ形の表面の組み込みに限定されない。なぜならば、キャリア基板の屈折率をカプセル用材料の屈折率に整合させることは、それだけで有利であるからである。部分的な要旨として述べると、エピタキシャル層から透明基板への光の移動を（例えば、レンズ形の表面を用いて）向上させることは、ダイオードの外部効率を向上させる。基板の屈折率をカプセル用材料（レンズ）の屈折率に整合させることは、同様に基板からカプセル用材料への光の移動を向上させ、故に、ダイオードの外部効率を向上させる。両方を行うこと、すなわちエピタキシャル層から基板への光の移動を増加させることと、基板およびカプセル用材料の屈折率を整合させることとは、さらにダイオードの外部効率を向上させる。
【０１０４】
図３は、ｐ型層１１に対するオーム接触１６がレンズ形の表面を保持する、概して、２５で表されるダイオードの実施形態を図示する。
【０１０５】
図４は、オーム接触１６とｐ型層１１との両方がレンズ形のパターンを保持する、概して、２７で表されるダイオードの実施形態を図示する。図４はまた、これらの実施形態のいずれにおいても、エピタキシャル層１１および１２の反対側のキャリア基板１３の表面２６が、同様にレンズ形の表面レンズ形のパターンを保持し得ることを図示する。同様にして、そして図４には特に図示されていないが、基板１３の頂部面は、同様にレンズ形の表面を含み得る。
【０１０６】
図５は、ｐ型層１１に対するオーム接触１６がダイオードの面を形成する平面を有するが、オーム接触１６とｐ型層１１との間にレンズ形の界面を伴う、概して、３０で表されるダイオードの別の実施形態を図示する。
【０１０７】
図６および図７は、ｐ型層が、低屈折率透明キャリア基板の上にある、本発明の代替的な実施形態を図示する。記述の主張として、本明細書において用いられる場合、用語「上」は、複数の層の間の関係を指し、必ずしも該複数の層が直接的に接触していることに限定されない。故に、一部の文脈において、「上」という言葉はまた、「より上」、または「隣接した」ということをも意味し得る。いずれの場合においても、その意味は、一般的に文脈で明らかである。
【０１０８】
従って、図６は、概して、３２で表されるダイオードを図示する。ｎ型層３３は、ダイオード３２の面を形成し、ｐ型層３４は、再び１３で表される低屈折率透明キャリア基板上にある。図６は、多重量子井戸３５と、ｎ型層３３に対するオーム接触３６と、ｐ型層３４に対する（先に説明した理由のために）大きいオーム接触３７とを図示する。図６はまた、キャリア基板１３とエピタキシャル層３３および３４との間の低屈折率接着層４０を図示する。特に、接着層４０は、ｐ型接触３７とキャリア基板１３との間に配置される。
【０１０９】
第１のボンドパッド４１は、ｎ型層３３に対するオーム接触３６を覆い、第２のボンドパッド４２は、ｐ型オーム接触３７と接触している。図６はまた、ｐオーム接触と接着剤との間の界面がレンズ形であり得るか、接着剤とキャリア基板１３との間の界面がレンズ形であり得るか、あるいは両方の界面がレンズ形であり得ることを（点線を用いて）図示する。
【０１１０】
図７は、４４で図示される、本発明に従ったダイオードの別の実施形態である。図７は、ｐ型層３４が透明な低屈折率キャリア基板１３に最も近接しているという点で、図６に類似している。図７において、ｎ型層３３は、レンズ形の表面４５を保持する。多重量子井戸は再び３５で表され、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層３３および３４は、通常は窒化ガリウムである。図７は、ｐ型層３４とオーム接触３７との間の界面の両方がレンズ形であり、また、オーム接触３７と接着剤４０との間の界面がレンズ形であり、それらの界面が本質的にオーム接触３７のためのレンズ形の輪郭を生成している実施形態を図示する。
【０１１１】
他の実施形態にあるように、デバイスの他の部分もまた、他の図面に関して記述された方法で、レンズ形の表面を含み得る。
【０１１２】
図７はまた、ｎ型層３３に対するオーム接触３６と、オーム接触３６に対するボンドパッド４１と、オーム接触３７に対するボンドパッド４２とを図示する。
【０１１３】
図８は、５０で広く表される発光ダイオードランプに関連した本発明を図示する。該ランプは、発光ダイオード５２に対する１つの電極を形成する反射器５１を含む。他の実施形態にあるように、ダイオード５２は、ＩＩＩ族窒化物層および低屈折率透明キャリア基板を含む。第２の電極５３およびそれぞれのワイヤ５４および５７は、当該分野において他の場合に周知の方法で、ダイオード５２への電気的な接続を完成させる。カプセル用材料のレンズ５５は、発光ダイオード５２を覆い、通常は反射器５１および電極５３をも覆う。この実施形態において、カプセル用材料５５は、透明キャリア基板の屈折率の０．２の範囲内の屈折率を有する。前に参照されたポリシロキサン組成物はまた、カプセル用材料５５に適した材料でもある。
【０１１４】
図８は、高エネルギーの発光ダイオードに対する多くの通例の実施形態において、ランプ５０が蛍光体５６を含むことを図示する。そのような実施形態において、ダイオード５０の中のＩＩＩ族窒化物材料は、可視スペクトルの青色部分において放射し、蛍光体５６は、ダイオード５２によって放射された青色周波数に応答して、可視スペクトルの黄色部分において放射するように選択される。セシウムドーピングされたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）が、この目的に一般的に適っている。
【０１１５】
図８において、蛍光体５６は、点から成る楕円５６として模式的に図示され、一般的にダイオード５２の上に配置される。しかし、蛍光体５６は、より正確に配置され得ること、そして、図８は、蛍光体の位置の正確な表現ではなく、むしろ模式的な表現であることが、理解される。同一人に譲渡された同時係属出願の２００６年９月１日に出願された米国特許出願第６０／８２４，３８５号「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ」は、有利な目的のために蛍光体が配置され得る、追加の位置を記述する。この出願の内容は、本明細書においてその全体が参照として援用される。
【０１１６】
さらに別の実施形態において、本発明は、発光ダイオードを形成する方法である。この実施形態において、本発明は、適合性のある基板上にＩＩＩ族窒化物のそれぞれのｐ型層およびｎ型層を（通常はエピタキシャル成長によって）形成するステップを含む。炭化珪素（ＳｉＣ）は、適合性のある基板として特に有用である。なぜならば、炭化珪素が、サファイアまたはシリコンなどの他の基板よりもＩＩＩ族窒化物により近い格子整合を有するからである。しかし、本発明は、炭化珪素に限定されず、他の基板材料が格子整合以外の目的のために有利である場合には、そのような材料が、ダイオードの生成または完成したときの該ダイオードの機能に干渉しない場合には、組み入れられ得る。
【０１１７】
エピタキシャル層の成長に続いて、適合性のある基板は、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層から除去され、次にＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層は、隣接するＩＩＩ族窒化物層の屈折率よりも低い屈折率を有する透明キャリア基板に接合される。
【０１１８】
例示的な実施形態において、前述の低屈折率透明接着剤は、キャリア基板をエピタキシャル層に接合させるために用いられる。しかし、本発明は、低屈折率接着剤の使用に限定されるのではなく、他の技術が、本発明の構造および機能と調和する場合には、キャリア基板をエピタキシャル層に接合させるために用いられ得る。
【０１１９】
他の実施形態にあるように、低屈折率を有する透明キャリア基板は、石英、融解石英、ガラスおよびサファイアから成る群から選択される材料を含む。
【０１２０】
本明細書において記述された構造を生成するために、追加の特徴、例えば多重量子井戸、超格子、あるいは、単一または二重のヘテロ構造などが、最初の適合性のある基板上にそれぞれｐ型層およびｎ型層を成長させるステップの間に加えられ得る。
【０１２１】
図面および明細書において本発明の好適な実施形態が明らかにされ、特定の用語が用いられてきたが、該用語は、単に包括的および記述的な意味で用いられ、限定の目的で用いられたのではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲において定義される。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】図１〜図５は、本発明の第１の実施形態における発光ダイオードの模式的な断面図である。
【図２】図１〜図５は、本発明の第１の実施形態における発光ダイオードの模式的な断面図である。
【図３】図１〜図５は、本発明の第１の実施形態における発光ダイオードの模式的な断面図である。
【図４】図１〜図５は、本発明の第１の実施形態における発光ダイオードの模式的な断面図である。
【図５】図１〜図５は、本発明の第１の実施形態における発光ダイオードの模式的な断面図である。
【図６】図６および図７は、本発明に従った発光ダイオードの、第２の実施形態の模式的な断面図である。
【図７】図６および図７は、本発明に従った発光ダイオードの、第２の実施形態の模式的な断面図である。
【図８】図８は、本発明に従ったＬＥＤランプの断面の模式図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１０、５３  発光ダイオード
１１  ｐ型ＩＩＩ族窒化物層
１２  ｎ型ＩＩＩ族窒化物層
１３  キャリア基板
１４  透明接着剤
１５  ｎ型層１２に対するオーム接触
１６  ｐ型層１１に対するオーム接触
１７、２０  ボンドパッド
２１  多重量子井戸
２２、２３  反射面
５０  発光ダイオードランプ
５１  反射器
５３  電極
５４、５７  ワイヤ
５５  カプセル用材料
５６  蛍光体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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