(57)【要約】発光物品（１００）が開示され、ｐ−ｎ接合と、発光面（１１１）と、パターン電極（１３０）とを有する発光ダイオード（１１０）を含む。光入力面（１４１）を有するエクストラクタ（１４０）は、発光境界面（１４５）を形成する発光面に光学的に連結される。電極は、少なくとも部分的に、発光面内、かつｐ−ｎ接合とエクストラクタとの間に形成される。
2010510673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光物品であって、
ｐ−ｎ接合、発光面、及びパターン電極を備える発光ダイオードと、
発光境界面を形成する前記発光面に光学的に連結される光入力面を有するエクストラクタと、を含み、
前記パターン電極が、少なくとも部分的に前記発光面内及び前記ｐ−ｎ接合と前記エクストラクタとの間に配置される、発光物品。
【請求項２】
前記発光面が、ｎ−電極又はｐ−電極である、請求項１に記載の発光物品。
【請求項３】
前記発光面及び前記パターン電極が、共平面を形成する、請求項１又は２に記載の発光物品。
【請求項４】
前記発光面が、２０ｎｍ未満の粗さを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光物品。
【請求項５】
前記パターン電極が、くし型パターン又は螺旋パターンを有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光物品。
【請求項６】
前記パターン電極の少なくとも一部分が、前記発光境界面を越えて延在する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光物品。
【請求項７】
前記発光面と前記エクストラクタとの間の距離により画定される間隙を更に含み、前記間隙が、１００ｎｍ未満である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光物品。
【請求項８】
前記発光面を前記エクストラクタに結合する、光学的に伝導している結合層を更に含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光物品。
【請求項９】
発光物品を形成する方法であって、
ｐ−ｎ接合、発光面、及び少なくとも部分的に前記発光面内に配置されるパターン電極を備える、発光ダイオードを提供する工程と、
エクストラクタの光入力面を前記発光面に光学的に連結する連結工程と、を含み、
前記パターン電極が、少なくとも部分的に前記ｐ−ｎ接合と前記エクストラクタとの間に配置される、方法。
【請求項１０】
前記発光面に凹パターンを形成する工程と、
導電性材料を前記凹パターン内に配置して、少なくとも部分的に前記発光面内に配置される前記パターン電極を形成する配置工程と、を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記配置工程の後に、前記パターン電極及び前記発光面を平坦化して、２０ｎｍ未満の面粗さを有する共平面発光面を形成する工程を更に含む、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記連結工程が、前記光入力面を前記発光面に光学的に伝導している結合層で結合する工程を含む、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
発光物品のアレイであって、
複数の発光ダイオードであって、各発光ダイオードが、ｐ−ｎ接合、発光面、及びパターン電極と、を備える、発光ダイオードと、
複数のエクストラクタであって、各エクストラクタが、対応する前記発光面に光学的に連結される光入力面を有する、エクストラクタと、
を含み、
少なくとも選択されたパターン電極が、少なくとも部分的に、前記対応する発光面内及び前記対応するｐ−ｎ接合と前記対応するエクストラクタとの間に配置される、発光物品のアレイ。
【請求項１４】
少なくとも選択された発光面及びパターン電極が、共平面を形成する、請求項１３に記載の発光物品のアレイ。
【請求項１５】
発光物品のアレイを形成する方法であって、
発光ダイオードアレイを提供する提供工程であって、各発光ダイオードが、ｐ−ｎ接合、発光面、及び少なくとも部分的に前記発光面内に配置されるパターン電極を含む工程と、
エクストラクタ光入力面のアレイを、前記発光ダイオードのアレイに光学的に連結する連結工程であって、少なくとも選択されたパターン電極が、少なくとも部分的に、対応するｐ−ｎ接合と対応するエクストラクタとの間に配置される工程と、を含む、方法。
【請求項１６】
少なくとも選択された発光面に凹パターンを形成する工程と、
導電性材料を前記凹パターン内に配置して、少なくとも部分的に少なくとも選択された発光面内に配置される前記パターン電極を形成する配置工程と、を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記配置工程の後に、少なくとも選択された電極及び発光面を平坦化して、２０ｎｍ未満の面粗さを有する共平面発光面を形成する工程を更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記提供工程が、ウエハ形態で発光ダイオードアレイを提供する工程を含む、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
発光物品の前記アレイを分断して、複数の発光物品を形成する工程を更に含む、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記連結工程が、光学的に伝導している結合層で光入力面の前記アレイを発光面の前記アレイに結合する工程を含む、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００６年１１月１７日出願の米国特許仮出願第６０／８６６２６１号の利益を主張し、その開示は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（発明の分野）
本開示は、一般的に、高効率発光物品及びその形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、従来の光源に匹敵する輝度、出力、及び動作寿命を提供する固有の可能性を有する。しかしながら、これらの装置の外的な効率は、わずかな範囲の角度内の光のみが、ＬＥＤを形成する高屈折率の半導体材料から脱出できるため、しばしば乏しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤの効率は、高屈折率の光学素子を半導体材料の表面に付着させることにより増大され得る。高屈折率の光学素子は、光が半導体材料の表面から脱出することのできる角度の範囲を増大させ得る。光学素子は、光がＬＥＤから効率良く脱出するように、好適に形成され得る。しかしながら、光学素子は、効率的な光の抽出を発生させるために、半導体材料の表面に光学的に連結される必要がある。半導体材料の表面の電極が、光学素子及び半導体材料の表面の光学的な連結を妨げる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、一般的に、高効率発光物品及びその形成する方法に関する。特に、本開示は、少なくとも部分的に発光物品の表面内に配置される電極を有する発光物品に関する。これらの電極は、発光物品の表面と光学素子又はエクストラクタとの光学的連結を容易にする。
【０００６】
例示的な一実施において、発光物品は、ｐ−ｎ接合、発光面、及びパターン電極を有する発光ダイオードを含む。光入力面を有するエクストラクタは、発光境界面を形成する発光面に光学的に連結される。電極は、少なくとも部分的に、発光面内及びｐ−ｎ接合とエクストラクタとの間に配置される。
【０００７】
別の例示的な実施において、発光物品のアレイは、複数のエクストラクタに光学的に連結される複数の発光ダイオードを含む。各発光ダイオードが、ｐ−ｎ接合と、発光面と、パターン電極とを含む。各エクストラクタが、対応する発光面に光学的に連結される光入力面を有する。少なくとも選択されたパターン電極が、少なくとも部分的に、対応する発光面内及び対応するｐ−ｎ接合と対応するエクストラクタとの間に配置される。
【０００８】
更に例示的な実施において、発光物品を形成する方法であって、ｐ−ｎ接合、発光面、及び少なくとも部分的に発光面に配置されるパターン電極を有する発光ダイオードを提供する工程と、エクストラクタの光入力面を発光面に光学的に連結する連結工程と、を含む。パターン電極は、少なくとも部分的にｐ−ｎ接合とエクストラクタとの間に配置される。
【０００９】
更に例示的な実施において、発光物品のアレイを形成する方法であって、発光ダイオードアレイを提供する提供工程であって、各発光ダイオードがｐ−ｎ接合、発光面、及び少なくとも部分的に発光面内に配置されるパターン電極を含む工程と、エクストラクタの光入力面のアレイを、発光ダイオードのアレイに光学的に連結する連結工程と、を含む。少なくとも選択されたパターン電極が、少なくとも部分的に、対応するｐ−ｎ接合と対応するエクストラクタとの間に配置される。
【００１０】
主題の開示による本方法及び物品のこれら及び他の態様は、図面とともに以下の「発明を実施するための形態」から、当業者には容易に明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示は、添付の図面に関連した、本開示の様々な実施形態の、以下の「発明を実施するための形態」を考慮することで、より完全に理解され得る。
【００１２】
【図１】例示的な発光物品の概略の断面側面図。
【図２Ａ】実例的な電極パターン。
【図２Ｂ】実例的な電極パターン。
【図２Ｃ】実例的な電極パターン。
【図３】例示的な発光物品のアレイの概略の断面側面図。
【図４】発光物品を製造する工程を例示するブロック図。
【図５Ａ】図４に示す工程により作製される発光物品の概略の断面側正面図。
【図５Ｂ】図４に示す工程により作製される発光物品の概略の断面側正面図。
【図５Ｃ】図４に示す工程により作製される発光物品の概略の断面側正面図。
【図６】別の例示的な発光物品の略断面側面図。
【００１３】
本開示は、様々な修正及び代替形態の影響を受けやすいが、その詳細が、図面の実施例を通じて示され、以降に詳しく記載される。しかしながら、本発明は、本開示を、説明した特定の実施形態に限定しようとするものではないと解されるべきである。それどころか、本発明は、本開示の趣旨及び範囲内にあるすべての修正、同等物、及び代替物を網羅するものである。図面中の様々な要素の寸法は、概寸であり、原寸に比例していない。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示は、一般的に、高効率発光物品及びその形成する方法に関する。特に、本開示は、少なくとも部分的に発光ダイ又はダイオードの表面に配置される電極を有する、発光物品に関する。これらの電極は、発光ダイ又はダイオードの表面と光学素子又はエクストラクタとの光学的連結を容易にする。多くの実施形態において、電極は、発光ダイ又はダイオードの表面全体に均一な電流を提供するための、発光ダイ又はダイオードの表面におけるパターン電極である。このパターン電極により、発光ダイ又はダイオードの大部分の表面を遮断させない。
【００１５】
別途指示されていない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される特徴、寸法、量、及び物理的性質を表すすべての数は、いずれの場合も、「約」という用語により修飾されるものと理解されるべきである。したがって、その反対に指示されていない限り、前述の明細書及び付属の特許請求の範囲で説明される数値パラメーターは、本明細書で開示される教示を利用する当業者が得ようとする所望の性質により異なり得る、概算である。
終点による数値範囲の列挙は、その範囲内に含まれるすべての数（例えば１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５）、並びにその範囲内のあらゆる範囲を含む。
【００１６】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、その内容が特に明確に指示しない限り、複数の指示対象を有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるとき、「又は」という用語は、その内容が特に明確に指示しない限り、一般的に、「及び／又は」を含むその意味において採用される。
【００１７】
図１は、例示的な発光物品１００の略断面側面図である。発光物品１００は、光学素子又はエクストラクタ１４０に光学的に連結される、発光ダイ又はダイオード１１０を含む。エクストラクタ１４０は、発光ダイ又はダイオード１１０の発光面１１１に光学的に連結される、光入力面１４１を含む。光入力面１４１と発光面１１１との間の境界面が、発光境界面１４５である。パターン電極１３０は、発光境界面１４５にはない、１つ以上の結合パッド１３５に接続される。
【００１８】
エクストラクタ１４０は、２つの表面（１４１及び１１１）の間の距離により画定される最小間隙が、エバネセント波程度に過ぎない場合、発光面１１１に光学的に連結されているとみなされる。多くの実施形態において、間隙は、１００ｎｍ未満、又は５０ｎｍ、又は２５ｎｍの厚さを有する空隙である。発光面１１１と光入力面１４１との間の接触域（つまり発光境界面１４５）上で実質的に均一であり、発光面１１１及び光入力面１４１はともに、２０ｎｍ未満、１０ｎｍ未満、又は５ｎｍ未満の粗さを有する。発光面１１１と光入力面１４１との間に光学的に伝導している層を加えることにより、達成又は強化され得る。いくつかの実施形態において、光学的に伝導している層は、発光面１１１を光入力面１４１に結合する光学的に伝導している結合層であり得る。光学的に伝導している結合層は、例えば、透明な接着層、無機薄膜、可溶性ガラスフリット、又は他の類似の結合剤を含む、光を伝送する任意の好適な結合剤であり得る。結合構成の更なる実施例は、例えば米国特許公開第２００２／００３０１９４号に記載され、本開示と矛盾しない程度において、本明細書に組み込まれる。他の実施形態において、エクストラクタ１４０は、米国特許公開第２００６／００９１７８４号に記載されるような、非結合構成で、発光面１１１に光学的に連結される。光学的に伝導している層には、屈折率整合油及び他の類似の性質を有する他の流体又はジェルを含み得る。
【００１９】
発光ダイ又はダイオード１１０は、複数の層又は層の積み重ね体を含み得る。積み重ね体は、光を放射することが可能である、半導体層及び活性領域を含む。発光ダイ又はダイオード１１０は、ｎ−型の伝導性の第１の半導体層１１３（ｎ−層）と、ｐ−型の伝導性の第２の半導体層１１２（ｐ−層）とを含む。半導体層１１３及び１１２は、活性領域１１４に電気的に連結される。活性領域１１４は、例えば、層１１３及び１１２の境界面に関連するｐ−ｎ接合である。別の方法としては、活性領域又はｐ−ｎ接合１１４は、ドープされたｎ−型若しくはｐ−型、又は非ドープである、１つ以上の半導体層を含む。活性領域又はｐ−ｎ接合１１４は、量子井戸もまた含み得る。第１の接触又は電極（ｐ−電極）１３０及び第２の接触又は電極（ｎ−電極）１２０は、それぞれ半導体層１１２及び１１３に電気的に連結される。活性領域又はｐ−ｎ接合１１４は、電極１３０及び１２０に対する好適な電圧の印加時に、光を放射する。別の実施において、層１１３及び１１２の伝導性の型が、逆転される。つまり、層１１３がｐ−型層であり、電極１２０がｐ−電極であり、層１１２はｎ−型層であり、電極１３０はｎ−電極である。また別の実施において、ｎ−電極及びｐ−電極の両方のための結合パッドが、半導体層の積み重ね体の発光側から接触されてもよい。積み重ね体は、当技術分野において既知のもの等の、緩衝層、クラッド層、結合層、導電性又は非導電性基板もまた含んでもよい。
【００２０】
半導体層１１３及び１１２並びに活性領域又はｎ−ｐ接合１１４は、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂを含むがそれらに限定されない、ＩＩＩ〜Ｖ族の半導体、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅを含むが、それらに限定されない、ＩＩ〜ＶＩ族の半導体、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣを含むがそれらに限定されない、ＩＶ族の半導体、及びそれらの混合物又は合金から形成され得る。これらの半導体は、それらが中に存在する発光物品の典型的な放射波長で、約２．４〜約４．１の範囲の屈折率を有する。例えば、ＧａＮ等のＩＩＩ窒化物半導体は、５００ｎｍで約２．４の屈折率を有し、ＩｎＧａＰ等のＩＩＩリン化物半導体は、６００ｎｍで、約３．６〜約３．７の屈折率を有する。
【００２１】
電極１３０及び１２０は、一実施において、金、銀、ニッケル、アルミニウム、チタン、クロム、白金、パラジウム、ロジウム、レニウム、ルテニウム、タングステン、及びそれらの混合物又は合金を含むが、それらに限定されない、１つ以上の金属層から形成される、金属接触である。別の実施において、電極１３０及び１２０のうちの１つ又は両方は、ソン（Song）ら著、「Ｎｉ−Ｍｇ固溶体を使用したｐ−型ＧａＮへの低抵抗及び透明なオーム接触の形成（Formation of low resistance and transparent ohmic contacts to p-type GaN using Ni-Mg solid solution）」（応用物理書簡（Applied Physics Letters）、８３（１７）、３５１３〜３３１５頁、２００３年）に記載されるもの等の、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、及び酸化合金等の透明導電体から形成される。
【００２２】
エクストラクタ１４０（下に記載）とｎ−ｐ接合１１４との間に配置される電極１３０は、パターン電極である。このパターン電極１３０は、少なくとも部分的に発光面１１１及び半導体層１１２内に配置される。多くの実施形態において、パターン電極１３０及び発光面１１１は、共平面を形成する。いくつかの実施形態において、パターン電極１３０の少なくとも一部は、パターン電極の上面が発光面１１１より下になるように、全体的に発光面１１１よりも下にあるが、この電極の上面の一部は、依然として発光面１１１（トレンチのアンダーフィル等）と共平面である。パターン電極１３０の少なくとも一部は、発光境界面１４５を越えて又はその外部に延在し、電源（図示せず）との電気的連結を可能にする。したがって、図１のパターン電極１３０は、発光境界面１４５よりも遠くへ、ページ外に延在する。
【００２３】
パターン電極１３０は、発光面１１１及び半導体層１１２内で任意の有用な構成を有することができる。パターン電極１３０は、ｎ−ｐ接合１１４にほぼ均一な電流分布を提供しつつ、同時に発光面１１１の大部分を通常不透明な電極によって遮断させない。パターン電極１３０は、いかなる有用なパターンによっても画定され得る。従来の電極設計規則及びいくつかの有用な電極パターンは、米国特許第６，３０７，２１８号に記載される。パターン電極１３０はまた、米国特許公開第２００６／００９１４１２号に記載のとおり、ワイヤグリッド偏光子としても機能することができる。代替的な実施形態において、パターン電極１３０は、米国特許公開第２００５／０２６９５７８号に記載されるように、半導体層と金属パターン電極との間の境界面で支持される表面プラズモンポラリトンモードが、半導体層の平面から伝播する光に実質的に散乱されるように、周期的又は疑似周期的な微細構造を含み得る。例えば、パターン電極は、米国特許公開第２００６／０２２６４２９号に記載されるように、正方形又は三角形の格子状の穴を備え得る。
【００２４】
パターン電極１３０は、エクストラクタが発光面に光学的に連結する際、暴露したままである、１つ以上の結合パッド１３５に電気的に接続される。結合パッド１３５は、パターン電極１３０よりも典型的に厚く、例えば、ボール結合又はくさび結合といったワイヤ結合、若しくははんだ付け、伝導している媒体で接続するのに好適である。製造上の制約により、一般的に、結合パッド１３５のサイズは、約〜０．７５×１０−３から０．２×１０−３ｃｍ２となっている。
【００２５】
図２Ａ〜２Ｃは、図１に示される発光物品の上面図であり、例えば、螺旋及びくし型パターンを含む、いくつかの有用な電極パターンを説明する。これらの図は、パターン電極１３０の一部が、発光境界面１４５を越えて延在することを更に説明する。
【００２６】
エクストラクタ１４０は、透明で、好ましくは高い屈折率を有する光学素子である。エクストラクタ１４０に好適な材料としては、例えば、高屈折率ガラス（例えば、ショットガラス型（Schott glass type）ＬＡＳＦ３５、ニューヨーク州エルムスフォード（Elmsford）のショットノースアメリカ社（Schott North America, Inc.）より商標名ＬＡＳＦ３５で入手可能）、及びセラミックス（例えば、サファイア、酸化亜鉛、ジルコニア、ダイヤモンド、及び炭化ケイ素）等の無機材料が挙げられる。サファイア、酸化亜鉛、ダイヤモンド、及び炭化ケイ素もまた、比較的高い熱伝導率（０．２〜５．０Ｗ／ｃｍ  Ｋ）を有するため、これらの材料は特に有用である。他の有用なガラスとしては、米国特許出願第１１／３８１，５１８号（レザーデイル（Leatherdale）ら、名称「高屈折率ガラスで作製されたＬＥＤエクストラクタ（LED EXTRACTOR COMPOSED OF HIGH INDEX GLASS）」に記載されるもののような、新規のアルミネート及びチタン酸塩ガラスが挙げられる。高屈折率ポリマー又はナノ粒子充填ポリマーも考えられる。好適なポリマーは、熱硬化性又は熱可塑性であり得る。熱可塑性ポリマーとしては、例えば、ポリカーボネート及び環状オレフィンポリマーが挙げられる。熱硬化性ポリマーとしては、例えば、アクリル、エポキシ、シリコーン等が挙げられる。好適なナノ粒子には、ジルコニア、チタニア、酸化亜鉛、及び硫化亜鉛が挙げられる。
【００２７】
エクストラクタ１４０は、分岐形態を有するように示されるが、エクストラクタ１４０は、例えば、分岐、収束（例えば、角錐）、又はレンズ等の他の光を再方向付けする（light-redirecting）形状といった、いかなる有用な形状をも有することができる。収束エクストラクタは、例えば、米国特許出願第１１／３８１，３２４号（レザーデイル（Leatherdale）ら、名称「収束光学素子を有するＬＥＤパッケージ（LED PACKAGE WITH CONVERGING OPTICAL ELEMENT）」に記載される。収束エクストラクタは、少なくとも１つの収束側、基部、及び頂点を有し、頂点は少なくとも部分的に基部上に配置され、基部の表面領域よりも小さな表面領域を有し、少なくとも１つの収束側は、基部から頂点に向かって収束する。収束エクストラクタの形状は、角錐、多面体、くさび状、円錐状等、又はこれらの組み合わせであることが可能である。基部は、例えば、正方形、円形、対称、非対称、規則的、非規則的等のいかなる形状をも有することができる。頂点は、点、線、又は平坦あるいは丸みを帯びた表面であり得、基部の中心、又は基部の中心から湾曲してのいずれかで基部上に存在する。収束エクストラクタに関しては、基部は典型的に、ＬＥＤダイに隣接して、及びほぼ平行に配置される。また、基部及びＬＥＤダイは、実質的にサイズが適合し得る、又は基部は、ＬＥＤダイよりも小さい若しくは大きいことが可能である。分岐エクストラクタは、例えば、米国特許公開第２００６／００９１７８４号、名称「非結合光学素子を有するＬＥＤパッケージ（LED PACKAGE WITH NON-BONDED OPTICAL ELEMENT）」に記載される。分岐エクストラクタは、少なくとも１つの分岐側、入力面、及び入力面よりも大きい出力面を有する。分岐エクストラクタは、一般的に先細の形態に成形される。収束エクストラクタに関しては、分岐エクストラクタの入力面は典型的に、ＬＥＤダイに一番近い所、及びそれにほぼ平行に配置される。また、入力面及びＬＥＤダイは、サイズが実質的に適合し得る、又は入力面は、ＬＥＤダイよりも小さい若しくは大きいことが可能である。分岐エクストラクタの他の実施例は、米国特許第７，００９，２１３  Ｂ２号及び同第６，６７９，６２１  Ｂ２号に記載される。
【００２８】
エクストラクタ１４０の屈折率（ｎｏ）は、好ましくは、発光面１１１（ｎｅ）の率と同様である。多くの実施形態において、２つの相違は、０．２（｜ｎｏ−ｎｅ｜≦０．２）を上回らない。いくつかの実施形態において、エクストラクタ１４０の屈折率（ｎｏ）は、発光面１１１の率（ｎｅ）に等しい。
【００２９】
図面では特定の発光物品構造を説明しているが、本開示は、発光物品１００の半導体層の構造及び数、並びに活性領域又はｎ−ｐ接合１１４の詳細な構造に依存しない。また、発光物品１００は、例えば、図１に示されていない透明な基板及び上板（superstrates）を含むことができる。更に、様々な図面に図示される発光物品１００の様々な素子の寸法は、原寸に比例しない。
【００３０】
図３は、発光物品２００の例示的なアレイの略断面側面図である。発光物品２００のアレイは、光学素子又はエクストラクタ２４０のアレイに光学的に連結された複数の発光ダイ又はダイオード２１０を含む。用語「アレイ」は、複数の接合された又は相互接続された物品を指す。
【００３１】
図３に示すとおり、発光ダイ又はダイオード２１０のアレイは、例えば、半導体ウエハ等の一般的な基板によって接続される。エクストラクタ２４０のアレイは、例えば、基板層２５０等の一般的な基板によって接続される。エクストラクタ２４０のアレイでダイ２１０のアレイを光学的に連結する連結工程によって、複数の発光物品２００を形成することは、例えば、多数の発光物品２００の製造を容易にする等の多くの利益を提供する。
【００３２】
複数のエクストラクタ２４０はそれぞれ、対応する発光ダイ又はダイオード２１０の対応する発光面２１１に光学的に連結される光入力面２４１を含む。光入力面２４１と対応する発光面２１１との間の各境界面は、発光境界面２４５である。
【００３３】
各発光ダイ又はダイオード２１０は、複数又は積み重ね体の層を含む。積み重ね体は、発光可能な半導体層及び活性領域を含む。各発光ダイ又はダイオード２１０は、上に記載されるような第１の半導体層２１３及び上に記載されるような第２の半導体層２１２を含む。半導体層２１３及び２１２は、上に記載されるような活性領域２１４又はｐ−ｎ接合２１４に電気的に連結される。第１の接触又は電極２３０及び第２の接触又は電極２２０は、それぞれ半導体層２１２及び２１３に電気的に連結される。結合パッド２３５は、エクストラクタ２４０によって変換されない発光面２１１の領域で、パターン電極２３０と電気接触している。
【００３４】
エクストラクタ２４０とｎ−ｐ接合２１４との間に配置される電極２３０は、上に記載されるようなパターン電極である。このパターン電極２３０は、上に記載されるように、発光面２１１及び半導体層２１２内に少なくとも部分的に配置される。
【００３５】
図５Ａ〜５Ｃは、図４に示される工程に従って作製された発光物品の略断面側面図である。図４の工程３１０及び対応する図５は、発光面１１１に凹パターン１１５の形成する工程を示す。発光ダイ又はダイオード１１０素子は、図１に関連して上に記載される。
【００３６】
凹パターン１１５は、例えば、機械的アブレーション、レーザーアブレーション、エッチング、フォトリソグラフィ、又はナノインプリントリソグラフィ等の任意の有用な方法によっても形成することができる。凹１１５を形成するエッチングの好適な手段には、例えば、反応性イオンエッチング及び誘導結合された反応性イオンエッチングが挙げられる。
【００３７】
図４の工程３２０及び対応する図５Ｂは、発光面１１１内に少なくとも部分的に配置されるパターン電極１３０を形成するための、凹パターン１１５内の導電性材料の配置を示す。図示される実施形態は、パターン電極１３０及び発光面１１１が、パターン電極１３０が実質的に半導体層１１２内及び発光面１１１の下に配置される、共平面を形成することを示す。
【００３８】
導体性材料は、例えば、無電解金属成膜、物理蒸着、化学蒸着、金属めっき、及びこれらの組み合わせ等、任意の方法によって、凹パターン１１５内に配置することができる。いくつかの実施形態において、導電性材料は、凹パターン１１５内に配置され、導電性層（図示せず）を発光面１１１上に形成し、次いで、導電性層を除去し、パターン電極１３０を残す。凹パターン１１５は、１つ以上の金属層によって金属化することができる。例示的な一実施形態において、ＩＩＩ族窒化物デバイスのためのパターン電極は、ｎ−層半導体については、アルミニウムの下にチタンを、及びｐ−層については、金の下のアルミニウムの下にチタンを含むことができる。
【００３９】
凹パターン１１５が、パターン電極１３０を形成する導電性材料で充填されると、発光面１１１及び／又はパターン電極１３０は、いかなる１つ以上の技術の組み合わせによっても任意に平坦化することができる。これらの技術には、例えば、化学機械研磨、研磨剤スラリー研磨、及び固定研磨剤研磨が挙げられる。これらの技術により、上に記載するような２０ｎｍ未満の粗さを有する発光面１１１及び／又はパターン電極１３０を提供する。
【００４０】
図４の工程３３０及び対応する図５Ｃは、エクストラクタ１４０の光入力面１４５を発光面１１１に光学的に連結する連結工程を示す。光学的に連結する連結工程は、上に記載されるようないずれの有用な方法によっても達成することができる。
【００４１】
例示的な発光物品は、それらの増殖基板から除去され、共晶金属結合又は他のウエハ結合手法を用いて、導電性キャリアに結合された、半導体層からなる、いわゆる「金属結合された」又は薄膜ＬＥＤを含む。図６は、介在する金属反射器及び金属結合層１２０で導電性キャリア１８０に結合されたＩＩＩ−窒化物半導体層１１２、１１３、１１４の積み重ね体を示す。ｐ−層１１３は、金属結合層１２０に隣接する。活性領域１１４は、金属反射器１２０から約０．５λｎ及び約０．９λｎ（λｎは、活性領域１１４から放出された放射波長である）の距離だけ離れている。ｎ−層１１２は、ｎ−層１１２内のパターン電極１３０を形成する、１つ以上の金属層で充填された凹パターンを有する。パターン電極１３０は、１つ以上の結合パッド１３５に電気的に接続される。ｎ−層１１２は、実質的にｐ−層１１３よりも厚くてよい。発光面１１１の屈折率に等しい屈折率を有するエクストラクタ１４０は、発光境界面１４５に沿って、発光面１１１に光学的に連結される。
【００４２】
図３に戻ると、単一の発光物品１００を形成するために上に記載されるように、発光物品２００のアレイは、ウエハ形態で複数の発光ダイ又はダイオード２１０を提供する工程、ダイ２１０内に複数のパターン化された凹を形成する工程、パターン電極２３０を形成する少なくとも選択されたパターン化された凹に導電性材料を配置する工程、任意に複数の発光面２１１を平坦化する工程、及びエクストラクタ２４０のアレイをダイ２１０のアレイに光学的に連結する工程によって、上に記載のように形成することができる。発光物品２００のアレイは、任意に、例えば、切断研削、レーザースクライビング、及びウェット又はドライエッチング等の任意の有用な方法によっても、領域２０１に沿って分断されることができる。
【００４３】
本開示の例示的実施形態を検討するとともに本開示の範囲内の可能な変形例を参照してきた。本開示のこれらの及び他の変形例及び変更例は開示の範囲から逸脱することなく当業者には明らかであろうとともに、本開示は本明細書に記載された例示的実施形態に限定されないことは理解されよう。したがって、本開示は、以下に提供される請求項によってのみ限定される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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