(57)【要約】本発明は、基板と、電気光学効果によって光を発生するエピタキシャル層構造体と、基板とエピタキシャル層構造体との間に介装される透明な屈折層と、エピタキシャル層構造体へ電力供給を行う１対の電極とを含む、高い光取り出しの発光ダイオードチップを提供する。エピタキシャル層構造体の底面及び上面は、１００ｎｍ二乗平均平方根（ｒｍｓ）以上の粗さを有するように粗化される。従って、エピタキシャル層構造体によって発生される光は効果的に取り出される。５μｍｒｍｓ以下の透明な屈折層は、基板とエピタキシャル層構造体との間の界面として形成される。基板へ向かう光は、より効果的に上方へ反射される。従って、光取り出し及び明るさは増大される。また、本発明の発光ダイオードチップを製造するための方法も提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、空気の屈折率より大きい屈折率を有する透明な屈折層と、
前記透明な屈折層へ接続する底面と前記底面に対向する上面とを有し、光を発生し、かつ前記透明な屈折層の屈折率より大きい屈折率を有し、前記底面及び上面の双方が１００ｎｍ二乗平均平方根（ｒｍｓ）以上の粗さを有するエピタキシャル層構造体と、
前記エピタキシャル層構造体上に別々に配置された１対の電極を有し、前記エピタキシャル層構造体とオーミック接触を形成して、前記エピタキシャル層構造体へ電気エネルギーを供給する電極ユニットとを備える発光ダイオードチップ。
【請求項２】
前記透明な屈折層は、５μｍ ｒｍｓ以下の厚さと１から２までの範囲内の屈折率とを有する、請求項１記載の発光ダイオードチップ。
【請求項３】
前記透明な屈折層は、０．２Ｗ／ｍ．Ｋまで、またはそれ以上の熱伝導率を有するポリマーまたは誘電物質で形成される、請求項１記載の発光ダイオードチップ。
【請求項４】
前記透明な屈折層は、０．２Ｗ／ｍ．Ｋまで、またはそれ以上の熱伝導率を有するポリマーまたは誘電物質で形成される、請求項２記載の発光ダイオードチップ。
【請求項５】
５０％以上の反射効率を有しかつ前記基板と前記透明な屈折層との間に形成される反射鏡層をさらに備える、請求項１記載の発光ダイオードチップ。
【請求項６】
前記基板は、シリコン、セラミックまたは金属材料で形成される、請求項１記載の発光ダイオードチップ。
【請求項７】
前記反射鏡層は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｂ及びこれらの組合せより成るグループから選択される物質を有する、請求項５記載の発光ダイオードチップ。
【請求項８】
前記反射鏡層は、互いに交互に配置される高屈折率の誘電層と低屈折率の誘電層とで形成される、請求項５記載の発光ダイオードチップ。
【請求項９】
前記エピタキシャル層構造体は、ＧａＮ系材料で形成され、かつ前記底面を有するＮ型である第１のクラッド層と、前記上面を有するＰ型である第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に介装されるアクティブ層とを備える、請求項１記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１０】
前記エピタキシャル層構造体の前記上面に形成される透明な導電層をさらに備える、請求項１記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１１】
前記透明な導電層は粗化された上面を有する、請求項１０記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１２】
前記基板は前記透明な屈折層を包囲する、請求項１記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１３】
第１の導電型である第１のクラッド層と、第２の導電型である第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に介装されるアクティブ層とを有し、電気光学効果により光を発生するエピタキシャル層構造体を、基板上に形成するステップと、
第１の粗化ステップを実行して、前記第２のクラッド層の上面を１００ｎｍ ｒｍｓ以上の粗さにするステップと、
各々前記第１のクラッド層及び前記第２のクラッド層とオーミック接触する１対の電極を形成するステップと、
前記第２のクラッド層上へ仮基板を分離して形成し、かつ前記エピタキシャル層構造体の下の前記基板を取り外して、前記第１のクラッド層の底面を露出させるステップと、
第２の粗化ステップを実行して、前記第１のクラッド層の底面を１００ｎｍ ｒｍｓ以上の粗さにするステップと、
前記第１のクラッド層の前記底面の下に基板を形成するステップと、
前記仮基板を取り外すステップとを含む、高い光取り出し効率の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項１４】
前記第２のクラッド層の上面に透明な導電層を形成するステップをさらに含む、請求項１３記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項１５】
前記透明な導電層を形成する前記ステップは、前記透明な導電層の上面を粗化するステップをさらに含む、請求項１４記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項１６】
前記第１の粗化ステップ及び前記第２の粗化ステップは、エピタキシャル成長、湿式エッチング、誘導結合プラズマエッチングまたは光アシスト化学エッチングによって実行される、請求項１３記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項１７】
前記仮基板は前記第２のクラッド層上へ、ワックスまたは取り除くことができる接着剤で付着される、請求項１３記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項１８】
前記基板は、化学エッチング、レーザリフトオフまたはスマートカットによって取り外される、請求項１３記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項１９】
前記第１のクラッド層の前記底面の下に基板を形成する前記ステップは、前記基板を、前記第１のクラッド層上へ、空気の屈折率より大きくエピタキシャル層構造体の屈折率より小さい屈折率を有する接着剤で付着するステップを含む、請求項１３記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項２０】
前記接着剤は、前記エピタキシャル層構造体から放射される光を透過する、請求項１９記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項２１】
前記接着剤は５μｍ ｒｍｓ以下の厚さを有する、請求項１９記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項２２】
前記接着剤は５μｍ ｒｍｓ以下の厚さを有する、請求項２０記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項２３】
前記第１の導電型はＮ型またはＰ型である、請求項１３記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項２４】
第１の導電性である第１のクラッド層と、第２の導電性である第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に介装されるアクティブ層とを有し、電気光学効果により光を発生するエピタキシャル層構造体を、基板上に形成するステップと、
第１の粗化ステップを実行して、前記第２のクラッド層の上面を１００ｎｍ ｒｍｓ以上の粗さにするステップと、
各々前記第１のクラッド層及び前記第２のクラッド層とオーミック接触する１対の電極を形成するステップと、
前記第２のクラッド層上へ仮基板を分離して形成し、かつ前記エピタキシャル層構造体の下の前記基板を取り外して、前記第１のクラッド層の底面を露出させるステップと、
第２の粗化ステップを実行して、前記第１のクラッド層の底面を１００ｎｍ ｒｍｓ以上の粗さにするステップと、
空気の屈折率より大きく前記エピタキシャル層構造体の屈折率より小さい屈折率を有し、前記第１のクラッド層へ接続する透明な屈折層を形成するステップと、
前記透明な屈折層へ接続する基板を形成するステップと、
前記仮基板を取り外すステップとを含む、高い光取り出し効率の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項２５】
前記第２のクラッド層の上面に透明な導電層を形成するステップをさらに含む、請求項２４記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項２６】
前記透明な導電層を形成する前記ステップは、前記透明な導電層の上面を粗化するステップをさらに含む、請求項２５記載の高い光取り出しの発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項２７】
前記第１の粗化ステップ及び前記第２の粗化ステップは、エピタキシャル成長、湿式エッチング、誘導結合プラズマエッチングまたは光アシスト化学エッチングによって実行される、請求項２４記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項２８】
前記仮基板は前記第２のクラッド層上へ、ワックスまたは取り除くことができる接着剤で付着される、請求項２４記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項２９】
前記基板は、化学エッチング、レーザリフトオフまたはスマートカットによって取り外される、請求項２４記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項３０】
前記透明な屈折層は膜蒸着によって形成される、請求項２４記載の高い光取り出しの発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項３１】
基板を形成する前記ステップは、薄膜蒸着処理によって、前記透明な屈折層上にシード層を形成し、次に、電気めっき処理を実行して、前記シード層から基板を形成するステップを含む、請求項２４記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項３２】
前記第１の導電型はＮ型またはＰ型である、請求項２４記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項３３】
前記透明な屈折層は５μｍ ｒｍｓ以下の厚さを有する、請求項２４記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項３４】
前記基板を形成する前記ステップより前に、前記透明な屈折層上に反射鏡層を形成するステップをさらに含む、請求項２４記載の高い光取り出しの発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項３５】
前記反射鏡層は、導電物質、電気絶縁物質またはこれらの組合せを含む、請求項３４記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【請求項３６】
前記反射鏡層は、互いに交互に配置される高屈折率の誘電層と低屈折率の誘電層とで形成される、請求項３４記載の発光ダイオードチップを製造するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はチップに関し、かつより具体的には、高い光取り出し効率の発光ダイオードチップに関する。
【０００２】
本出願は、米国特許法第１１９条に基づいて、２００７年９月２１日に提出された台湾特許出願第９６１３５２９６号からの優先権を主張するものであり、前記台湾特許出願の内容は全て参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
従来の発光ダイオードチップ１を示す図１を参照されたい。図１は、基板１１と、基板１１上のエピタキシャル層構造体１２と、Ｎ型電極１３１及びＰ型電極１３２で構成される電極ユニット１３とを含む。
【０００４】
一例として、エピタキシャル層構造体１２はＧａＮ系材料で形成され、かつＮ型である第１のクラッド層１２１と、第１のクラッド層１２１上に形成されるアクティブ層１２２と、Ｐ型である第２のクラッド層１２３とを有する。第１のクラッド層１２１と第２のクラッド層１２３とは互いに対向し、かつアクティブ層１２２に対してキャリアインジェクタを形成する。従って、エピタキシャル層構造体１２へ電力供給が行われると、アクティブ層１２２内で電子と正孔とが再結合され、次に光の形態でエネルギーが放出される。
【０００５】
Ｎ型電極１３１及びＰ型電極１３２は、例えばＡｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌ、等及び／またはこれらの合金で形成される。Ｎ型電極１３１は、エピタキシャル層構造体１２の第１のクラッド層１２１上に配置され、かつ第１のクラッド層１２１とオーミック接触を形成する。Ｐ型電極１３２は、Ｎ型電極１３１及びＰ型電極１３２がエピタキシャル層構造体１２へ電力を供給するように、第２のクラッド層１２３上へ配置され、かつ第２のクラッド層１２３とオーミック接触を形成する。
【０００６】
Ｎ型電極１３１及びＰ型電極１３２へ電気エネルギーが供給されると、電流はエピタキシャル層構造体１２を介して広がって流れ、かつ電子及び正孔はアクティブ層１２２内へ注入され、互いに再結合されて次に光の形態でエネルギーを放出する。
【０００７】
ＧａＮ系材料の屈折率は約２．６であり、かつ概して空気であるその周囲物質の屈折率は１であり、もしくはこの周囲は、パッケージングに使用されかつ屈折率１．４を有する透明な封入材料である。発光ダイオードチップ１のエピタキシャル層構造体１２の、第２のクラッド層１２３の上面１２４は、平面である。エピタキシャル層構造体１２から発生される一部の光は、その伝搬方向に起因して、スネルの法則に従い、よってエピタキシャル層構造体１２から逃げ出さない。その結果、発光ダイオードチップ１の光取り出しはうまくいかない。
【０００８】
図２を参照されたい。発光ダイオードチップ１’の上面１２４’を粗化することで、粗い上面１２４’上に衝突する光に、粗い上面１２４’への入射角として様々な可能性を持たせることを提案する文献及び特許は多く存在する。従って、エピタキシャル層構造体１２’から逃げ出す光の可能性は増大され、光取り出し効率は向上される。
【０００９】
しかしながら、エピタキシャル層構造体１２’から発生される光は、完全には上面１２４’へ向かって伝搬しない。基板１１’へ向かって伝搬する光は、上面における状況と同様の状況に直面し、エピタキシャル層１２’から逃げ出して周囲へ入り込むことができない。従って、光の取り出しはやはり少ない。
【００１０】
いくつかの文献は、エピタキシャル層構造体１２’へ接続されて光を反射することができる反射鏡層の形成を提案している。うまくいけば、基板１１’へ向かって伝搬する光は、上面１２４’へ向かって反射され、エピタキシャル層構造体１２’から発生される光がエピタキシャル構造体から逃げ出して周囲へ入り込む可能性を高めることができる。しかしながら、基板１１’へ向かって伝搬する光は、その伝搬方向に起因してエピタキシャル層構造体１２’内に閉じ込められ、エピタキシャル層構造体１２’内で内部全反射を引き起こす。さらに、光はアクティブ層によって吸収され得る。基板１１’上の反射鏡層は、実質上、発光ダイオードチップの光取り出しを向上させることができない。
【００１１】
光取り出し及び明るさを高めるためには、発光ダイオードチップ１、１’の構造を改善することが意図される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発光ダイオードチップは、基板と、予め決められた厚さ及び空気の屈折率より大きく且つエピタキシャル層構造体の屈折率より小さい屈折率を有する透明な屈折層と、エピタキシャル層構造体と、電極ユニットとを含む。
【００１３】
電子と正孔とは再結合して、発光の形態でエネルギーを放出する。前記エピタキシャル層構造体は、前記透明な屈折層へ接続する底面と、当該底面に対向する上面とを有する。前記底面及び上面は、１００ｎｍ以上の二乗平均平方根（ｒｍｓ）の粗さを有するように粗化される。
【００１４】
前記電極ユニットは、前記エピタキシャル層構造体上へ別々に配置され、かつ前記エピタキシャル層構造体とオーミック接触を形成して、電流が供給される１対の電極を有する。
【００１５】
本発明に係る高い光取り出しの発光ダイオードチップを製造するための方法は、エピタキシャル層構造体を形成するステップと、第１の粗化ステップを実行するステップと、１対の電極を形成するステップと、仮基板を形成するステップと、第２の粗化ステップを実行するステップと、基板を形成するステップと、前記仮基板を取り外すステップとを含む。
【００１６】
前記エピタキシャル層構造体を形成する前記ステップは、Ｎ型の第１のクラッド層と、アクティブ層と、Ｐ型の第２のクラッド層とを有するＧａＮ系エピタキシャル層構造体を、基板上に形成することを含む。
【００１７】
前記第１の粗化ステップは、前記エピタキシャル層構造体の前記第２のクラッド層の上面を、１００ｎｍｒｍｓ以上の粗さを有するように粗化するものである。
【００１８】
前記対の電極を形成する前記ステップは、１対の電極を、各々前記第１のクラッド層上及び前記第２のクラッド層の前記粗化された上面に別々に形成することと、これらとのオーミック接触を形成することを含む。
【００１９】
前記仮基板を形成する前記ステップは、前記第２のクラッド層上へ前記仮基板を分離して形成し、かつ前記エピタキシャル層構造体の下の前記基板を取り外して、前記第１のクラッド層の底面を露出させるものである。
【００２０】
前記第２の粗化ステップは、前記第１のクラッド層の底面を、１００ｎｍ ｒｍｓ以上の粗さを有するように粗化するものである。
【００２１】
前記基板を形成する前記ステップは、前記基板を、前記第１のクラッド層の前記底面に、予め決められた屈折率を有しかつ前記エピタキシャル層構造体から発生される光を透過する接着剤で付着するものである。
【００２２】
高い光取り出し効率の発光ダイオードチップの製造は、前記仮基板を取り外す前記ステップが完了された時点で完成される。
【００２３】
高い光取り出し効率の発光ダイオードチップを製造するための別の方法は、エピタキシャル層構造体を形成するステップと、第１の粗化ステップを実行するステップと、１対の電極を形成するステップと、仮基板を形成するステップと、第２の粗化ステップを実行するステップと、透明な屈折層を形成するステップと、基板を形成するステップと、前記仮基板を取り外すステップとを含む。
【００２４】
前記エピタキシャル層構造体を形成する前記ステップは、Ｎ型の第１のクラッド層と、アクティブ層と、Ｐ型の第２のクラッド層とを有するＧａＮ系エピタキシャル層構造体を、基板上に形成することを含む。
【００２５】
前記第１の粗化ステップは、前記エピタキシャル層構造体の前記第２のクラッド層の上面を、１００ｎｍ以上の粗さを有するように粗化するものである。
【００２６】
前記対の電極を形成する前記ステップは、１対の電極を、各々前記第１のクラッド層上及び前記第２のクラッド層の前記粗化された上面に別々に形成することと、これらとのオーミック接触を形成することを含む。
【００２７】
前記仮基板を形成する前記ステップは、前記第２のクラッド層上へ前記仮基板を分離して形成し、かつ前記エピタキシャル層構造体の下の前記基板を取り外して、前記第１のクラッド層の底面を露出させるものである。
【００２８】
前記第２の粗化ステップは、前記第１のクラッド層の底面を、１００ｎｍ ｒｍｓ以上の粗さを有するように粗化するものである。
【００２９】
前記透明な屈折層を形成する前記ステップは、空気の屈折率より大きく前記エピタキシャル層構造体の屈折率より小さい屈折率を有し、かつ前記エピタキシャル層構造体の前記第１のクラッド層へ接続する、５μｍ以下の厚さを有する透明な屈折層を形成するものである。
【００３０】
基板を形成する前記ステップは、前記透明な屈折層へ接続する、高熱伝導率係数を有する基板を形成するものである。
【００３１】
前記仮基板を取り外す前記ステップは、最終的に、高い光取り出し効率の発光ダイオードチップを生じる。
【００３２】
本発明は、予め決められた粗さの上面及び底面を有するエピタキシャル層構造体を備える発光ダイオードチップを製造するための製造プロセスを提供する。エピタキシャル層構造体から発生される光は、エピタキシャル層構造体の粗化された上面及び底面を介して、ダイオードチップから効果的に取り出されることが可能である。さらに、透明な屈折層は、エピタキシャル層構造体と基板との間の界面を形成し、かつ、基板へ向かって伝搬する光を効果的に反射して、ダイオードチップの上面へ向かって返すことが可能であり、光取り出し効率を高める。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来の発光ダイオードチップを示す概略断面図である。
【図２】別の従来の発光ダイオードチップを示す概略断面図である。
【図３】本発明の第１の態様に係る発光ダイオードチップを示す概略断面図である。
【図４】本発明の第１の態様の発光ダイオードチップを製造するためのプロセスフローである。
【図５】図４のプロセスフローの様々な段階に対応する概略断面図である。
【図６】図４のプロセスフローの様々な段階に対応する概略断面図である。
【図７】図４のプロセスフローの様々な段階に対応する概略断面図である。
【図８】図４のプロセスフローの様々な段階に対応する概略断面図である。
【図９】図４のプロセスフローの様々な段階に対応する概略断面図である。
【図１０】図４のプロセスフローの様々な段階に対応する概略断面図である。
【図１１】本発明の第２の態様に係る発光ダイオードチップを示す概略断面図である。
【図１２】本発明の第２の態様の発光ダイオードチップのプロセスフローである。
【図１３】本発明の第３の態様に係る発光ダイオードチップを示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
添付の図面と共に以下の態様を通じて、本発明により提供される高い光取り出し効率の発光ダイオードチップを、詳細に記述かつ説明する。以下の説明において、同様の構成要素が同じ符号で指示されることに留意されるべきである。
【００３５】
本発明の第１の態様に係る発光ダイオードチップの概略断面図を示す図３を参照されたい。本発光ダイオードチップは、基板２１と、透明な屈折層２２と、エピタキシャル層構造体２３と、電極ユニット２４とを含む。
【００３６】
基板２１は、底部基板２１１と、反射鏡層２１２とを含む。反射鏡層は底部基板２１１に接続し、かつ底部基板２１１上に存在する。底部基板２１１は、シリコン、高熱伝導セラミックまたは高熱伝導金属材料を含む物質で形成される。底部基板２１１は、透明な屈折層２２及びエピタキシャル層構造体２３、等を支持するために使用される。反射鏡層２１２は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｂまたはこれらの組合せで形成されることが可能である。また、反射鏡層２１２は、互いに交互に配置される高屈折率誘電層及び低屈折率誘電層で形成されることも可能である。反射鏡層２１２は、エピタキシャル層構造体２３から発生される光を反射して、基板２１へ向かって伝搬させるために使用される。
【００３７】
透明な屈折層２２は５μｍ以下の厚さを有し、かつポリマーまたは誘電物質で形成される一種の接着剤である。このポリマーは、０．２Ｗ／ｍ．Ｋまで、またはそれ以上の高い熱伝導率を有し、かつ１から２までの範囲内の屈折率を有する。透明な屈折層２２は、基板２１へ向かって伝搬する光を反射するために使用され、よって光取り出しを増大させる。
【００３８】
エピタキシャル層構造体２３はＧａＮ系材料で形成され、Ｎ型の第１のクラッド層２３１と、Ｎ型の第１のクラッド層２３１へ接続するアクティブ層２３２と、アクティブ層２３２へ接続しかつＮ型の第１のクラッド層２３１に対向するＰ型の第２のクラッド層２３３とを含む。第１のクラッド層２３１及び第２のクラッド層２３３は、電子と正孔とが再結合されてエネルギーが光放射の形態で放出され得るように、アクティブ層２３２に対してキャリアインジェクタを形成する。エピタキシャル層構造体２３の底面２３５（即ち、第１のクラッド層２３１の底面）と、エピタキシャル層構造体２３の上面２３４（即ち、第２のクラッド層２３３の上面）とは、エピタキシャル成長、湿式エッチング、誘導結合プラズマエッチングまたは光アシスト化学エッチングの何れかによって粗化され、１００ｎｍ二乗平均平方根（ｒｍｓ）の粗さを有する不連続な粗面になる。二乗平均平方根は、評価長さ／面積に対して求められる、高さの偏差と平均線／面との間の平均を意味する。エピタキシャル層構造体２３は基板２１へ、両者間の接着剤としての透明な屈折層２２を介して付着される。
【００３９】
電極ユニット２４は、例えばＡｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌ、等またはこれらの合金で形成されるＮ型電極２４１と、Ｐ型電極２４２とを含む。Ｎ型電極２４１は、第１のクラッド層２３１上に配置されて、第１のクラッド層２３１とオーミック接触を形成する。Ｐ型電極２４２は、第２のクラッド層２３３上に配置されて、Ｐ型電極２４２とオーミック接触を形成する。Ｎ型電極２４１及びＰ型電極２４２はエピタキシャル層構造体２３へ電気エネルギーを供給し、光を発生させる。
【００４０】
Ｎ型電極２４１及びＰ型電極２４２へ電気エネルギーが印加されると、エピタキシャル層構造体２３を介して電流が流れることで、エピタキシャル層構造体２３内で電子と正孔とが再結合されて、エネルギーが光放射の形態で放出される。エピタキシャル層構造体２３の上面２３４（即ち、第２のクラッド層２３３の上面）を介して伝搬する光は、エピタキシャル層構造体２３へ戻る光の反射を最小限に抑えるように、上面２３４に対して様々な入射角を有することになり、よって光が周囲へ入り込む可能性は大幅に増大される。同様に、エピタキシャル層構造体２３から発生されて底面２３５（即ち、第１のクラッド層２３１の底面）へ向かって伝搬する光は、底面２３５が１００ｎｍｒｍｓ以上の粗さを有することから、底面２３５に対して様々な入射角を有することになり、よって光が透明な屈折層２２内へ入り込む機会は増大される。この時点では、透明な屈折層２２は、５μｍ未満の厚さと１から２までの範囲内の屈折率とを有するので、透明な屈折層２２は、エピタキシャル層構造体２３と基板２１の反射鏡層２１２との間の媒体である。光は、透明な屈折層２２と反射鏡層２１２との間の界面で全方向に反射され、次に、透明な屈折層２２及びエピタキシャル層構造体２３を通過し、周囲へ入り込む。従って、本発光ダイオードチップの明るさは効果的に増大される。
【００４１】
高い光取り出し効率の発光ダイオードチップの場合、電極ユニット２４及びエピタキシャル層構造体２３は電流経路を構成し、かつ光を発生する間にエピタキシャル層構造体２３により発生される過剰な熱は、効果的に放散される。熱及び電流は、異なる経路で伝達される。デバイスの抵抗は、熱放散の経路によって影響されない。その結果、本発光ダイオードチップの動作は、長い寿命で安定するであろう。
【００４２】
以下、本発明に係る発光ダイオードチップ２を製造するための方法について詳細に記述かつ説明する。
【００４３】
図４を参照されたい。発光ダイオードチップ２を製造するための本方法は、エピタキシャル層構造体を形成するステップ４１と、第１の粗化ステップを実行するステップ４２と、１対の電極を形成するステップ４３と、仮基板を形成しかつエピタキシャル層構造体の下の基板を取り外すステップ４４と、第２の粗化ステップを実行するステップ４５と、エピタキシャル層構造体の第１のクラッド層の底面の下に、基板を形成するステップ４６と、仮基板を取り外すステップ４７とを含む。高い光取り出しの発光ダイオードチップ２は、こうして製造される。
【００４４】
図５を参照されたい。ステップ４１では、表面上にＧａＮ系半導体材料がエピタキシャル成長された基板５１上に、第１のクラッド層２３１と、アクティブ層２３２と、第２のクラッド層２３３とを含むエピタキシャル層構造体２３を形成する。
【００４５】
続いて、ステップ４２では第１の粗化ステップを実行し、誘導結合プラズマエッチング法によって、エピタキシャル層構造体２３の第２のクラッド層２３３の表面（即ち、エピタキシャル層構造体２３の上面２３４）を、１００ｎｍｒｍｓ以上の粗さを有するように粗化する。このステップでは、エピタキシャル成長法を使用して、エピタキシャル層構造体２３の粗化された上面２３４を直に成長させることもできる。第１の粗化ステップは、湿式エッチングまたは光アシスト化学エッチングによって実行することも可能である。
【００４６】
図４及び図６を参照されたい。ステップ４３を実行し、エピタキシャル層構造体２３の一部を除去して、その上にメサ構造を形成する。次に、Ｎ型電極２４１及びＰ型電極２４２を各々、第１のクラッド層２３１及び第２のクラッド層２３３上にこれらにオーミック接触させて形成する。
【００４７】
図４、図７及び図８を参照されたい。ステップ４４の実行に際しては、図７に示すように、第２のクラッド層２３３の下に、ワックスまたは取り除くことができる接着剤で、仮基板５２を付着する。次に、図８に示すように、レーザリフトオフ、エッチングまたはスマートカット、等によって基板５１を取り外し、エピタキシャル層構造体２３の第１のクラッド層２３１の底面が露出される。
【００４８】
図４及び図９を参照されたい。ステップ４５では、湿式エッチングによって第２の粗化ステップを実行し、１００ｎｍｒｍｓ以上の粗さを有するように、第１のクラッド層２３１の露出面を粗化する（即ち、エピタキシャル層構造体２３の底面２３５を形成する）。同様に、この第２の粗化ステップは、湿式エッチングまたは光アシスト化学エッチングによって実行することも可能である。
【００４９】
図４及び図１０を参照されたい。ステップ４６を実行し、粗化された表面（即ち、第１のクラッド層２３１の底面２３５）に、エピタキシャル層構造体２３から発生される光に対して屈折率及び透過性を有する接着剤で、基板２１を付着する。接着剤は硬化して透明な屈折層２２になり、その厚さは、最良の光学的及び熱的パフォーマンスを達成すべく５μｍ以下であるように制御する。まず最初に反射鏡層２１２を底部シリコン基板２１１上へコーティングしたうえで、基板２１を形成することもできる。
【００５０】
図３及び図４を参照されたい。最後に、ステップ４７では、仮基板５２を取り外し、エピタキシャル層構造体２３上へ仮基板５２を付着するために用いたワックスの残渣等の、エピタキシャル層構造体２３上に残った残渣を取り除く。高い光取り出し効率の発光ダイオードチップ２は、こうして達成される。
【００５１】
本発明に係る発光ダイオードチップの第２の態様では、Ｕ字形断面の基板２１上へ接着剤が塗布され、次に、この接着剤でエピタキシャル層構造体２３がＵ字形断面の基板２１へ付着される。接着剤は硬化して透明な屈折層２２になる。加えて、第２の態様の高い光取り出しの発光ダイオードチップは、図１２に示すプロセスフローに従って製造されることが可能である。ステップ６１では、エピタキシャル基板上にエピタキシャル層構造体２３を形成する。ステップ６２では、エピタキシャル層構造体２３の第２のクラッド層２３３の表面を、１００ｎｍｒｍｓ以上の粗さを有するように粗化する。エピタキシャル層構造体２３上には、メサ部分を形成する。次に、エピタキシャル層構造体２３上へ、Ｎ型電極２４１及びＰ型電極２４２を別々に形成する。エピタキシャル層構造体２３の粗化された上面２３４に仮基板を付着する。次に、エピタキシャル層構造体２３からエピタキシャル基板を分離する。この後、第１のクラッド層２３１の表面を、１００ｎｍｒｍｓ以上の粗さを有するように、湿式エッチングによって粗化する。図９には、部分的に完成した発光ダイオードチップが示されている。
【００５２】
続いて、ステップ６６では、エピタキシャル層構造体２３により発生される光に対して透過性でありかつ空気とエピタキシャル層構造体との間の屈折率を有する透明な屈折層２２を、エピタキシャル層構造体２３の底面に蒸着する。透明な屈折層２２は、５μｍｒｍｓ以下の厚さを有する。
【００５３】
次に、ステップ６７において、透明な屈折層２２にシード層を蒸着する。次に、電気めっき処理を実行し、シード層から基板２１を形成する。シード層が透明な屈折層２２の底面にしか蒸着されていない場合には、基板２１は図３に示すように形成される。シード層が透明な屈折層２２の側壁及び底面に蒸着されている場合には、基板２１は、図１１に示すように、チップを保持するカップとして形成される。さらに、基板２１は底部基板２１１と反射鏡層２１２とを備えることができ、そこでは、シード層が予め決められた物質で形成される。次に、シード層を厚くして、反射鏡層２１２を形成する。底部基板２１１は、反射鏡層２１２の下に形成される。底部基板２１１と反射鏡層２１２とを備える基板２１を形成するための製造プロセスは周知であり、本明細書では再度の記述を省く。
【００５４】
最後に、ステップ６８において仮基板を取り外す。エピタキシャル層構造体２３上へ仮基板を付着するために用いたワックスの残渣等の、エピタキシャル層構造体２３上に残った残渣を取り除く。高い光取り出し効率の発光ダイオードチップは、こうして達成される。
【００５５】
図１３は、本発明の第３の態様に係る発光ダイオードチップを示す概略断面図である。この第３の態様と上述の２つの態様との相違点は、電流を一様に拡散することができる透明な導電層２５をエピタキシャル層構造体２３の上面２３４に形成して、ダイオードチップの外部量子効率を高めることにある。透明な導電層２５の表面は、ダイオードチップからの光取り出しを実質的に増大するために、平坦であることも粗化されることも可能である。
【００５６】
第３の態様の発光ダイオードチップを製造するためのプロセスと上述の２つのプロセスとの相違は、第１の粗化ステップ４２、６２の実行後且つステップ４３、６３における電極対の形成より前に、エピタキシャル層構造体２３の粗化された上面２３４に、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の透明な導電層２５を蒸着することにある。インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の透明な導電層２５は、上述の方法により粗化されることも可能である。
【００５７】
本発光ダイオードチップは、エピタキシャル層構造体２３の粗化された上面２３４及び底面２３５を使用して、ダイオードチップからの光取り出しを増大させる。エピタキシャル層構造体２３と基板２１との間の界面としての、予め決められた厚さを有する透明な屈折層２２は、基板２１へ向かって伝搬する光を上面２３４へ向かってより効果的に反射し返すことができ、光取り出しはさらに増大される。ダイオードチップの明るさは増大される。基板１１、１１’へ向かって伝搬する光がダイオードチップから取り出され得ずに無駄にされる、従来の発光ダイオードチップ１、１’と比較して、本発光ダイオードチップ及びその製造方法は、実際に、光取り出しを向上させることができる。
【００５８】
上述の例は、単に本発明の態様であるに過ぎない。これらの例は、実際に適用可能な本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきでなく、よって、他の態様を含む、本発明及び添付した特許請求の範囲の精神を逸脱しない範囲での如何なる修正及び変更も、本発明の保護された範囲及び特許請求の範囲に包含されるものとする。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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