(57)【要約】  少なくとも部分的に半導体材料からなる本体（１）を含み、本体（１）が、活性層（２）であって、該活性層内に光が発生することができる活性層（２）と、活性層（２）内に発生した光を出射することができる、少なくとも１つの出射面（３）とを有し、本体（１）には、複数の構造物（５）が設けられ、該構造物において、活性層（２）から出射される光の少なくとも一部を出射面（３）に入射する前に散乱させることが可能である、発光ダイオード。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的に半導体材料からなる本体（１）を含み、本体（１）が、活性層（２）であって、該活性層内に光が発生することができる活性層（２）と、活性層（２）内に発生した光を出射することができる、少なくとも１つの出射面（３）とを有する、発光ダイオードにおいて、
本体（１）中には、複数の構造物（５）が設けられ、該構造物において、活性層（２）から出射される光の少なくとも一部を出射面（３）に入射する前に散乱させることが可能であることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
本体（１）中に設けられた複数の構造物（５）は、少なくとも１つの散乱層（４，８）または少なくとも１つの散乱領域に配設されることを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
少なくとも１つの散乱層（４，８）は、活性層（２）および／または出射面（３）に対して平行に配設されることを特徴とする、請求項２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
少なくとも１つの散乱層（４，８）は、１μｍ〜１０μｍの厚みを有することを特徴とする、請求項２または３に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
本体（１）中に設けられた複数の構造物（５）は、活性層（２）と少なくとも１つの出射面（３）との間に配設されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
本体（１）中に設けられた複数の構造物（５）は、活性層（２）の、少なくとも１つの出射面（３）とは反対側に配設されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
各構造物（５）の大きさは、１μｍ〜１０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光ダイオードを作製するための方法において、
発光ダイオードの本体（１）はエピタキシ法によって作製され、
本体（１）を作製した後、本体（１）中に複数の構造物（５）を生じさせるために、本体にレーザ光を照射することを特徴とする方法。
【請求項９】
レーザ光は、焦点面が本体（１）内に配設されるように集束されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光ダイオードを作製するための方法において、
発光ダイオードの本体（１）がエピタキシ法によって作製され、
エピタキシ法を実施している時に、発光ダイオードの本体（１）中に複数の構造物（５）を発生させることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に従った発光ダイオード、およびかかる発光ダイオードを作製するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述のタイプの発光ダイオードは、現在利用可能な発光ダイオードの多くの構成に対応している。技術の水準に従ったかかる発光ダイオードは、図７において概略的に示されている・
【０００３】
少なくとも部分的に半導体材料からなる本体１１内には、活性層１２が設けられ、該活性層内に光が発生する。図７において、例示の光ビーム１３，１４が示され、光ビーム１３，１４は、図示された例においては、活性層の任意に選択された範囲から出射する。活性層１２から出射される光ビーム１３、１４は、部分的に、本体１１を通過して、出射面１５として機能する本体１１の界面に到達する。この出射面から、光ビーム１３であって、出射面１５の内側上への入射角αが、対応する材料の全反射の臨界角よりも小さい、またはそれに等しい光ビーム１３が出射する。出射面に、全反射の臨界角よりも大きな角αで入射する残りの光ビーム１４はすべて、この出射面１５から本体１１内へ反射によって戻される。
【０００４】
このために、活性層において生じた光の非常に少しの部分だけが、実際には出射面から出射され、したがって、発光ダイオードの効率が低くなるという結果になる。発光ダイオードの効率を高めるために、Tsai, Min-Anらは、IEEE photonics technology letters, Vol. 22, No. 1, vom 01.01.2010に、出射面の外側に生体模倣構造物を設けることを記載している。この生体模倣構造物は、先端が丸くされた、実質的に円錐状の複数の立上がりを有する。この生体模倣構造物によって、出射面上に比較的大きな角度で進行する光ビームも部分的に出射面を通過することが可能となる。光の大部分は、発光ダイオードの本体において、出射面から反射されて戻り、本体の残余の内部における何回かの反射を経て、ようやく再び出射面の領域に到達する。したがって、長い行程で本体を通過することで、光の一部が吸収され得るので、やはり発光ダイオードの効率が低くなる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明が基礎とする課題は、効率的である、冒頭で述べたタイプの発光ダイオードを提供することである。さらにまた、かかる発光ダイオードを作製するための方法を提供することである。
【０００６】
これは、発明に従えば、発光ダイオードについては、請求項１の特徴を有する、冒頭で述べたタイプの発光ダイオードによって、および、方法については、請求項８または請求項１０の特徴を有する、冒頭で述べたタイプの方法によって達成される。下位の請求項は本発明の好ましい実施形態に関する。
【０００７】
請求項１に従えば、本体中には、複数の構造物が設けられ、これら複数の構造物において、活性層から出射される光の少なくとも一部を出射面に入射する前に散乱させることが可能である。このような方法で、好ましくない角度で進行する光ビームを出射面に入射する前に散乱させることが可能であり、したがって、この光ビームの一部を出射面から出射させることが可能である。
【０００８】
本体中に設けられた複数の構造物は、少なくとも１つの散乱層または少なくとも１つの散乱領域に配設される。それによって、光は、本体の大きな範囲において、比較的妨害されずに伝播することが可能であり、この場合、たとえば１つの層もしくはそれとは異なって形成された範囲、または複数の層もしくはそれとは異なって形成された複数の範囲など、規定された範囲のみが、光ビームの散乱に寄与する。
【０００９】
その場合、少なくとも１つの散乱層は活性層および／または出射面に対して平行に配設することが可能である。かかる構成によって、光が、出射面全体にわたって一様に分布することになる。
【００１０】
特に、出射面も活性層に対して平行に配設することが可能である。
【００１１】
少なくとも１つの散乱層は、１μｍ〜１０μｍの厚みを有する。
【００１２】
本体中に設けられた複数の構造物は、活性層と少なくとも１つの出射面との間に配設させることが可能である。その代わりに、本体中に設けられた複数の構造物は、活性層の、少なくとも１つの出射面とは反対側に配設してもよい。さらにまた、本体中に設けられた複数の構造物は、活性層と少なくとも１つの出射面との間に配設させてもよく、活性層の、少なくとも１つの出射面とは反対側に配設してもよい。
【００１３】
各構造物の大きさは、１μｍ〜１０μｍの範囲にある。
【００１４】
請求項８に従えば、この方法は以下の工程を有することを特徴とする：
発光ダイオードの本体は、エピタキシ法によって作製され、
本体を作製した後、本体中に複数の構造物を生じさせるために、本体にレーザ光を照射する。
【００１５】
この方法においては好ましいことに、構造物を生じさせるために改変することを要しない標準的製造法を用いて発光ダイオードを作製可能である。これらの構造物は、むしろ、光学的パラメータを調整することによって構造物の場所、大きさ、数を自由に選択可能なその後の工程において生じさせることが可能である。
【００１６】
その場合、レーザ光は、焦点面が本体内に配設されるように集束されるように構成することが可能である。この方法においては、出射面は、構造物を発生させるために用いられるレーザビームによって損なわれることがない。さらにまた、焦点面を、活性層も構造物を発生させるために用いられるレーザビームによって損なわれることがないように、本体内部に配設することが可能である。
【００１７】
請求項１０に従えば、その方法は、以下の工程を有することを特徴とする：
発光ダイオードの本体は、エピタキシ法によって作製され、
エピタキシ法を実施している時に、発光ダイオードの本体中に複数の構造物を発生させる。
【００１８】
この方法において、好ましいことに、構造物の発生は発光ダイオードの製造プロセス中に行われ、したがって、その後の工程を必要としない。
【００１９】
本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図面を参照して、以下の好ましい実施形態についての説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】発明に従った発光ダイオードの第１の実施形態の概略断面図である。
【図２】図１に従った発光ダイオードの典型的なビームの進行を示す図である。
【図３】発明に従った発光ダイオードの第２の実施形態の概略断面図である。
【図４】発明に従った発光ダイオードの第３の実施形態の概略断面図である。
【図５】発明に従った発光ダイオードの第４の実施形態の概略断面図である。
【図６】発明に従った発光ダイオードの第５の実施形態の概略断面図である。
【図７】技術の水準に従った発光ダイオードの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図において、同じもしくは機能的に同じ部分もしくは光ビームには、同じ参照符号が付されている。
図１〜図６に従った概略図は、本体１を有する発光ダイオードを示しており、該本体１は少なくとも部分的に半導体材料からなるものである。本体１は、特に直方体の形状を有している。本体１内には、活性層２が設けられ、該活性層において光が発生する。本体１は、さらにまた、出射面３を有し、図示された実施形態においては、該出射面３は直方体形状の本体１の上面である。特に、活性層２は出射面３に対して平行にかつ間隔をあけて設けられている。
【００２２】
図５において、本体１の下方には基板１０が図示されており、該基板１０はたとえばサファイアからなるものであってもよい。かかる基板は任意であるが、図１〜図４および図６に従ったその他の実施形態においても設けられていてもよい。
【００２３】
図１に従った本体１は、さらにまた散乱層４を有し、散乱層４には複数の構造物５が設けられおり、それらにおいて活性層２から出射する光の少なくとも一部を出射面３に入射する前に散乱させることが可能である。散乱層４は、図１および図２に図示された実施形態においては活性層２の出射面３とは反対側に活性層２から離間して設けられている。散乱層４は、たとえば１μｍ〜１０μｍの厚さを有することが可能である。
【００２４】
散乱層４は、図示された実施形態においては活性層２に対して平行に設けられている。しかしながら、散乱層４は活性層２に対しておおよそ０°の角を成すようにすればよい。
【００２５】
図２において、活性層２から下方へまたは出射面３とは反対の方向に進行する光ビーム６が示されている。図２は、光ビーム６が構造物５において少なくとも部分的に、光ビーム７または部分ビームがこれらの構造物５から上方へ出射面３まで進行し、少なくとも部分的に、対応する材料の全反射の臨界角以上の角度で出射面３の内側に表れるように散乱される。図２においては、そのような光ビームが３本示されており、それらは出射面３を通過して出射している。
【００２６】
構造物のそれぞれの大きさは、１μｍ〜１０μｍであればよい。特に、これらの構造物は空格子、および格子欠陥によって形成することが可能である。
【００２７】
図３は、活性層２の出射面３とは反対側にある、活性層２から離間されて設けられた散乱層の代わりに、散乱構造物５を有する散乱層８が活性層２と出射面３との間に設けられることを示している。
【００２８】
図４に従った実施形態は、散乱層４が活性層２の出射面３とは反対側に、活性層２に離間して設けられているだけでなく、活性層２と出射面３との間に散乱層８も設けられていることを示している。
【００２９】
さらにまた、複数の互いに離間した散乱層が、活性層２の出射面３とは反対側におよび／または活性層２と出射面３との間に設けられてもよい。
【００３０】
図５においては、２つの電極９が図示されており、これらの電極は発光ダイオードに電圧を印加する。他の実施形態においては、類似の形状のまたは類似の位置に設けられた電極９を設けてもよく、また異なった形状のまたは異なった位置に設けられた電極を設けてもよい。
【００３１】
図５に従った実施形態においては、活性層２は、垂直方向において、２つの電極９の間にある位置に配設されている。それに対して、散乱層４は、２つの電極間に配設されてはおらず、したがって散乱層に電流は流れない。
【００３２】
散乱構造物５を有する散乱層４の代わりに、散乱構造物５を有するシリンダ状、帯状、レンズ状またはその他の形状を有する領域などその他の散乱領域を設けてもよい。図６は、散乱層の代わりの散乱構造物５を有するいくつかの他の形状の散乱領域を示している。
【００３３】
発明に従った発光ダイオードは、発光ダイオードの本体１をエピタキシ法によって散乱層４，８なしでまたは散乱構造物５なしで作成することによって作ることが可能である。続けて、またはその後のどこかの時点において、本体１に複数の構造物５を生じさせるために、本体１にレーザビームを出射することが可能である。
【００３４】
その場合、フェムトセカンドレーザとして実施可能である高出力レーザを利用することが可能である。このレーザのレーザビームは、適切なマイクロ光学装置とともに形成し、特に均質化され集束することが可能である。たとえばこの場合、線形に延びる方向に垂直な方向に出射可能であるまたは移動可能である線形強度分布を生じさせることが可能であり、したがって焦点またはより高い強度の範囲は１つの平面上を移動することになる。
【００３５】
この場合、レーザ光はこの焦点面が本体１の内部に配設される、またはこの焦点面が走査によって生じるように集束されて成るものとすることが可能である。この方法においては、出射面３は構造物５を生じさせるために用いられるレーザビームによって損傷を受けることはない。さらにまた、活性層２も構造物５を生じさせるために用いられるレーザビームによって損傷を受けることがないように焦点面は本体１の内部に配設することが可能である。
【００３６】
特に、構造物５を生じさせるために用いられるレーザビームは、上述の空格子および格子欠陥を生じさせることが可能である。散乱構造物を生じさせるために、レーザビームは、本体１の材料の典型的な破断荷重に対応する出力よりも、大きくても、小さくてもよい面単位出力を有することが可能である。
【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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【国際調査報告】
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