(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板であって、第１の材料によって覆われた前記基板と、
前記基板の上に重なるｎ型層と、
前記ｎ型層の上に重なる活性領域と、
前記活性領域の上に重なるｐ型層と、
前記ｎ型層に結合されたｎ−コンタクトと、
前記ｐ型層に結合されたｐ−コンタクトと、
を含み、前記ｎ−コンタクト及び前記ｐ−コンタクトがデバイスの同じ側に形成され、前記ｎ−コンタクトがメサ壁によって前記ｐ−コンタクトから隔離されたIII族窒化物発光デバイスと、
前記発光デバイスに結合されたサブマウントと、
前記III族窒化物発光デバイスと前記サブマウントの間の隙間と、
前記隙間内に配置された第２の材料と、
を含み、
前記第１及び第２の材料は非ガス材料であり、第２の材料の屈折率は、第１の材料の屈折率とは異なり、前記第２の材料が、メサ壁に接し、前記III族窒化物発光デバイスの屈折率よりも低い屈折率を有することを特徴とする発光構造。
【請求項２】
前記III族窒化物発光デバイスと前記サブマウントの間の前記隙間が、前記サブマウントに付着された外側のはんだ壁によって密封され、前記サブマウントが前記外側のはんだ壁によって前記III族窒化物発光デバイスに結合されることを特徴とする請求項１に記載の発光構造。
【請求項３】
前記発光デバイス及び前記サブマウントの一部の上に付着されたゲルをさらに含み、前記III族窒化物発光デバイスと前記サブマウント間の前記隙間が前記ゲルによって密封されることを特徴とする請求項１に記載の発光構造。
【請求項４】
前記材料が、ケイ素ゲルであることを特徴とする請求項１に記載の発光構造。
【請求項５】
前記材料が、フラックスであることを特徴とする請求項１に記載の発光構造。
【請求項６】
前記発光デバイスがさらに、前記メサ壁の上に形成される誘電体層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光構造。
【請求項７】
前記材料が、エポキシであることを特徴とする請求項１に記載の発光構造。
【請求項８】
前記材料が、約１から１．５の間の屈折率を有することを特徴とする請求項１に記載の発光構造。
【請求項９】
前記材料が、有機ポリマーであることを特徴とする請求項１に記載の発光構造。
【請求項１０】
前記材料が、ポリマードライフィルムであることを特徴とする請求項１に記載の発光構造。
【請求項１１】
前記メサ壁が、前記基板に対して３５から６５度の間の角度を成すことを特徴とする請求項１に記載の発光構造。
【請求項１２】
前記メサ壁が、前記基板に対して約４５から５５度の間の角度を成すことを特徴とする請求項１に記載の発光構造。
【請求項１３】
前記メサ壁が、約１から４μｍの間の高さを有することを特徴とする請求項１に記載の発光構造。
【請求項１４】
基板と、前記基板の上に重なるｎ型層と、前記ｎ型層の上に重なる活性領域と、前記活性領域の上に重なるｐ型層と、前記ｎ型層に結合されたｎ−コンタクトと、前記ｐ型層に結合されたｐ−コンタクトとを含み、前記ｎ−コンタクト及び前記ｐ−コンタクトがデバイスの同じ側に形成され、前記ｎ−コンタクトがメサ壁によって前記ｐ−コンタクトから隔離されたIII族窒化物発光デバイスと、
前記III族窒化物発光デバイスとの間に隙間が存在するように前記III族窒化物発光デバイスに結合されたサブマウントと、
第１の屈折率を有し、前記III族窒化物発光デバイスの基板を覆う第１の材料と、
第２の屈折率を有し、前記サブマウントと前記発光デバイス間の前記隙間に付着され、前記メサ壁に接する第２の材料と、
を含み、前記第１及び第２の材料は非ガス材料であり、第２の材料の屈折率は、第１の材料の屈折率とは異なり、前記第１の屈折率が前記第２の屈折率より高く、前記第２の材料が、前記III族窒化物発光デバイスの屈折率よりも低い屈折率を有することを特徴とする発光構造。
【請求項１５】
前記第１の材料が第１のケイ素ゲルであり、前記第２の材料が第２のケイ素ゲルであることを特徴とする請求項１４に記載の発光構造。
【請求項１６】
前記第１の材料が第１のエポキシであり、前記第２の材料が第２のエポキシであることを特徴とする請求項１４に記載の発光構造。
【請求項１７】
前記第１の材料がケイ素ゲルとエポキシのうちの一方であり、前記第２の材料がケイ素ゲルとエポキシのうちのもう一方であることを特徴とする請求項１４に記載の発光構造。
【請求項１８】
前記基板がサファイアであり、前記第１の材料が、アルミニウムの酸化物、タングステンの酸化物、ハフニウムの酸化物、イットリウムの酸化物、セリウムの酸化物、セリウムのフッ化物、ランタンのフッ化物、ネオジムのフッ化物、高い屈折率のガラス、及びジルコニウムからなる群から選択されることを特徴とする請求項１４に記載の発光構造。
【請求項１９】
前記基板がＳｉＣであり、前記第１の材料が、硫化亜鉛、III族窒化物材料、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、チタンの酸化物、ジルコニウムの酸化物、マンガンの酸化物、クロムの酸化物、ニオブの酸化物、インジウムの酸化物、スズの酸化物、タンタルの酸化物、及びアンチモンの酸化物からなる群から選択されることを特徴とする請求項１４に記載の発光構造。
【請求項２０】
前記基板がIII族窒化物材料であり、前記第１の材料が、硫化亜鉛、III族窒化物材料、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、チタンの酸化物、ジルコニウムの酸化物、マンガンの酸化物、クロムの酸化物、ニオブの酸化物、インジウムの酸化物、スズの酸化物、タンタルの酸化物、及びアンチモンの酸化物からなる群から選択されることを特徴とする請求項１４に記載の発光構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来の技術】
半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）は、現在利用可能な光源の中で最も効率的な光源である。可視スペクトル領域で作動可能な高輝度ＬＥＤの製作において現在関心がもたれている材料系は、III−Ｖ族半導体、特に、III族窒化物材料とも呼ばれるガリウム、アルミニウム、インジウム及び窒素の、２元、３元、及び４元合金を含むものである。典型的には、III族窒化物デバイスは、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）、或いは他のエピタキシアル技術により、サファイア、炭化ケイ素、又はIII族窒化物の基板上にエピタキシアル成長される。これら基板のいくつかは、絶縁性又は低導電性である。このような基板上に半導体結晶を成長させて製作されるデバイスは、デバイスの同じ側にエピタキシアル成長された半導体に、正と負の両方の極性の電気コンタクトを有しなければならない。これとは対照的に、導電性基板上に成長される半導体デバイスは、一方の電気コンタクトがエピタキシアル成長された材料の上に形成され、もう一方の電気コンタクトが基板の上に形成されるように製作することができる。しかしながら、導電性の基板上に製作されるデバイスはまた、ＬＥＤチップからの光の取出しが向上するように、チップの電流容量が向上するように、又はＬＥＤダイのヒートシンク性が向上するようにするために、エピタキシアル材料がフリップチップ構造で成長されたデバイスの同じ側に両方のコンタクトを有するように設計することができる。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
効率的なＬＥＤデバイスを製作するためには、半導体接合のｐ型及びｎ型側に適切な極性の電気キャリアが注入され、それらが再結合して光を生じるように、コンタクトを互いに電気的に分離する必要がある。図１は、典型的なIII族窒化物ＬＥＤデバイスを示す。例えば、ｎ層１２と、活性領域１３と、ｐ層１４を含む半導体層が、基板１１上にエピタキシアル成長される。ｐコンタクト１５とｎコンタクト１７が、上述のようにデバイスの同じ側に形成される。ｐコンタクト１５とｎコンタクト１７の間の電気的隔離は、デバイスの中で最上層からその下にあるｎ層まで延びるメサ構造１８をエッチングし、ｐコンタクト１５とｎコンタクト１７を別個に形成することで達成される。このＬＥＤは、典型的にははんだバンプによりＬＥＤがマウントされるようになったサブマウントを含むサブマウント組立体２２に取り付けられる。はんだバンプは、サブマウントとＬＥＤとの間に隙間を与える。次いで、結合されたＬＥＤ及びサブマウント組立体は、通常は、高屈折率のゲル又はエポキシにより包み込まれる。
【０００３】
高屈折率のゲル又はエポキシは、デバイスの中で発生した光がサファイア基板を通して取り出されることから、サファイア基板の屈折率に可能な限り近似するように選択される。屈折率の差によって、２つの材料間の界面に光が入射する際に、どれだけの量の光が該界面で反射されるか、及び、どれだけの量の光が該界面を通り抜けるかが決まる。屈折率の差が大きくなるほど、多くの光が反射する。従って、サファイア基板とデバイスを包む高屈折率のゲルとの間の屈折率の差が小さいことは、デバイスの中で発生してサファイア基板の射出面に到達する光のほとんどが、デバイスから取り出されることを保証するものとなる。
【０００４】
活性領域１３内ではフォトンが効率良く生じるが、一つには半導体層の高い屈折率のために、該フォトンを半導体からＬＥＤパッケージ内へ及び外界へ取り出すことは困難である。例えば、Ｗｉｎｄｉｓｃｈ他著「Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ」第７４巻第１６号（１９９９年）２２５６ページを参照されたい。エピタキシアル半導体内で生じたフォトンは、半導体と基板１１の間の界面、半導体とサブマウント組立体２２の高屈折率のゲルとの間に位置するメサ壁１８の界面、或いは、半導体と金属コンタクトの間の界面の、何れにも入射する。これら３つの界面の何れにも入射するフォトンは、材料の屈折率の段差に直面する。このような屈折率の段差により、このような界面に入射する光線２０は、透過部分２０ａと反射部分２０ｂとに分けられる。メサ壁１８から外に透過した光（すなわち部分２０ａ）を、デバイスの外の有効な方向に向けることはできず、それゆえ、メサ壁１８での透過による光の損失は、半導体ＬＥＤにおける光抽出効率の低さの原因となる。
【０００５】
高屈折率のゲルでデバイスを包み込むと、コンタクト間の半導体領域とサブマウント組立体との間に位置するメサ壁１８の界面において、屈折率の小さな差が生じる。これにより、この領域に入射する光の多くがサブマウント組立体の方向に透過して、著しい光学的損失が生じる。上述のように、この領域においてサブマウント組立体の方向に取り出された光をパッケージから効率的に取り出すことはできず、それどころか、光はサブマウントに入射しそこで吸収される。図１に示すようなデバイス上のコンタクト間におけるデバイス領域は、全領域の１０パーセントと推定される。この領域は、メサ壁と、各コンタクトの縁部とメサ壁との間に位置する基板に平行な半導体材料の小部分を含む。このような損失を減少させる方法は、基板に平行なコンタクト間の領域が減少するように、自己整合メタライゼーションを行い、製造誤差を厳しくすることのようなウェーハ製作技術の使用を含む。このようなウェーハ製作技術は、信頼性向上の問題や、製作の困難さなどのような他の問題を生じることがある。さらに、サファイア上に成長され高屈折率のゲルに包み込まれたIII族窒化物ＬＥＤ構造の３−Ｄ光線追跡モデリングにより、ＬＥＤチップからこの望ましくない方向に取り出された光の大部分は、エピタキシアル半導体を成長させた基板面に平行に延びるエピタキシアル材料のいずれかの表面からではなくメサ壁を通して失われることが示されるので、ウェーハ製作技術は損失を著しく減少させるものとはならない。メサ壁で取り出される光は、ＬＥＤ内で生じる光のおよそ１５％であり、厳密な数字は、多くの因子の中でもとりわけメサ壁の高さと角度に左右される。
【０００６】
従って、メサ壁における光の損失を最小にするＬＥＤ構造が必要である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、III族窒化物フリップチップ発光デバイスのメサ壁において、屈折率の段差が形成される。屈折率の段差は、メサ壁に入射する光の多くをデバイスにはね返し、そこで光を有効に取り出すことができる。いくつかの実施形態において、サブマウント上のはんだ壁、すなわち発光デバイスとサブマウントを被覆する高屈折率のゲル又はエポキシは、発光デバイスとサブマウントの間に密封された隙間を生じる。この隙間には、空気、別の低屈折率の気体、低屈折率のフラックス、又は低屈折率のケイ素ゲル又はエポキシ等のような低い屈折率を有する材料が充填される。他の実施形態では、高屈折率の材料が発光デバイスの基板を覆い、低屈折率の材料がサブマウントと発光デバイスの間の隙間に充填される。高屈折率の材料は、ケイ素ゲル、エポキシ、又は、高屈折率の固体のブロックであっても良く、低屈折率の材料は、異なるケイ素ゲル、エポキシ、又は、空気等のような低屈折率の気体であっても良い。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明によると、ｐ−コンタクトとｎ−コンタクトを隔てるメサ壁において、屈折率の大きな段差が形成される。屈折率の段差は、メサ壁に、低い屈折率を有する材料を配置することで生じる。ここで用いられる「高い」屈折率とは、サファイアの屈折率と一致する材料の屈折率よりも大きいか又はそれに等しい屈折率を指す。サファイアは約１．７から１．８までの屈折率を有し、１．５までの低い屈折率を有する材料は、サファイアの屈折率と一致するとみなされる。これに対比して、「低い」屈折率とは、高い屈折率よりも小さい、例えば約１．５より小さい屈折率を指す。
【０００９】
屈折率の大きな段差は、メサ壁で反射する光を最大にし、メサ壁を透過する光を最小にする。したがって、メサ壁で反射する光を、基板を通して効果的に取り出すことができる。メサ壁を透過するどのような光も通常は失われる。メサ壁において屈折率の大きな段差を生じさせることに加えて、光の透過が最小になるようにメサ壁の寸法と形状が選択される。
【００１０】
図２に、本発明の第１の実施形態を示す。ＬＥＤフリップチップ３２は、サブマウント３４上に、エピタキシアル層が下になるように取り付けられる。ｎ型層５１は基板５０上に付着される。次いで、ｎ型層５１上に活性領域５２が形成され、活性領域上にｐ型層５３が形成される。ｐ型層５３、活性領域５２、及びｎ型層５１の一部は、ｎ型層５１の一部を露出するようにエッチング除去される。このエッチングは、ｎ型層５１から電気的に隔離されたｐ型層５３にｐ−コンタクト５５を結合可能にするメサ壁５６を残す。ｎ−コンタクト５４はｎ−層と結合する。
【００１１】
図３は、図２に示すデバイスの平面図を示す。ｎ−層５１は、ｐ−層５３を包囲する。ｐ−層５３とｎ−層５１の両方は、反対の極性の層の一部の間に介在する突起部を含む。図２に戻ると、ＬＥＤ３２は、ｐ−コンタクト５５に結合するはんだバンプ３８と、ｎ−コンタクト５４に結合するはんだ壁３６によって、サブマウントに結合される。図４は、サブマウント上のはんだバンプ３８とはんだ壁３６の位置を示す。
【００１２】
図４に示すサブマウントを図３に示すＬＥＤにはんだ付けする際に、厚いはんだバンプ３８及びはんだ壁３６により、ＬＥＤとサブマウントとの間に隙間４２が形成される。本発明の第１の実施形態において、ＬＥＤをサブマウントに取り付ける際に、このＬＥＤとサブマウントの間の隙間４２に、空気、窒素、希ガス、フォーミングガス、水素、又は低い屈折率を有する他の気体が閉じ込められる。フォーミングガスは、はんだ付け雰囲気としてよく用いられる水素と窒素の混合ガスである。ＬＥＤダイとサブマウントの間の熱伝達が向上するように、水素やヘリウム等のような高い熱伝導率を有する気体を特定的に選択して、ＬＥＤチップのヒートシンク性を向上させることができる。はんだ壁３６は、隙間４２を包囲し、空気又は他の低屈折率の気体が漏れるのを防ぐ。気体は隙間４２の空隙に充満するので、該気体がメサ壁５６に接することになる。メサ壁５６を形成する層、すなわちｎ−層５１、活性層５２、及びｐ−層５３は全て、ＧａＮベースの材料であり、したがって、約２．４の屈折率を有する。これに対比して、空気又は低屈折率の気体は、約１の屈折率を有する。メサ壁５６における屈折率の大きな段差によって、メサ壁５６に入射する光のほとんどは、有効方向に取り出すことのできない隙間４２に透過せず、ＬＥＤの基板３２に向かって反射して戻され、有効方向に取り出すことができる。
【００１３】
上述のように、ＬＥＤがサブマウントに取り付けられ、隙間４２に空気又は低屈折率の気体が閉じ込められた後に、デバイスを高屈折率の材料で包み込むことができる。はんだ壁３６は、この高屈折率のゲルの何れかがメサ壁５６に接触するようになるのを防ぐ。
【００１４】
メサ壁５６はまた、アルミナ、シリカ、或いは窒化ケイ素等のような誘電体層で被覆することができる。このような構造は、この誘電体被覆が空気又は他の何れかの低屈折率の材料に接する限り、同様の結果をもたらす。
【００１５】
本発明の別の実施形態では、気体ではなく、低屈折率のフラックス或いは低屈折率のゲル又はエポキシが、隙間４２に閉じ込められる。フラックスは、ＬＥＤをサブマウントにはんだ付けするプロセスに使用される材料である。はんだバンプ３８及びはんだ壁３６は、例えばＰｂとＳｎの合金とすることができる。空気に曝される際に、はんだバンプ３８とはんだ壁３６の表面に酸化物が生成する。はんだ上に生成した酸化物を分解するために、フラックスが用いられる。この実施形態において、一定量の低屈折率のフラックス、低屈折率のケイ素又は他のゲル、又は低屈折率のエポキシが、隙間４２に閉じ込められ、はんだ壁３６により漏出が防がれる。はんだ壁３６はまた、デバイスを包み込む高屈折率の材料が、隙間４２内の低屈折率の材料を汚染するのを防ぐ。
【００１６】
図５に、本発明の別の実施形態を示す。この実施形態においては、デバイスの外側からメサ壁５６を隔離するはんだ壁３６は無い。ｎ−コンタクトは、ｐ−コンタクトをサブマウントに結合するはんだバンプと同様のはんだバンプ３８によってサブマウントに結合される。この実施形態において、基板に隣接するエピタキシアル材料層の辺りまでの、サブマウントとＬＥＤの間の間隙は、低屈折率のゲル又は低屈折率のエポキシ６０で満たされる。低屈折率のゲル又はエポキシは、メサ壁におけるサブマウントの方向への光の取り出しを抑制する。デバイスの残りの部分、すなわち基板は、基板からの光の取出しを最大にする高屈折率のゲル又は高屈折率のエポキシ６２の中に包み込まれる。高屈折率のゲル又はエポキシ６２と、低屈折率のゲル又はエポキシ６０は、この低屈折率のゲル又はエポキシと高屈折率のゲル又はエポキシの間の界面で混ざらないように充分な粘性を有するように選択される。或いは、高屈折率のゲル又はエポキシを塗布する前に、低屈折率のゲル又はエポキシを粘稠又は固化状態まで硬化することで、２つの材料間の界面で低屈折率の材料と高屈折率の材料が混ざる可能性を低くすることができる。別の実施形態において、デバイス全体は、単一の高屈折率のゲル又はエポキシで包み込まれるが、ＬＥＤのエピタキシアル側は、高屈折率のゲル又はエポキシと反応して、この下のデバイスのエピタキシアル側に隣接する位置に低屈折率の材料を生成する材料で被覆される。
【００１７】
図６は、本発明の別の実施形態を示す。ＬＥＤ３２は、サブマウントに取り付けられた後に、固体材料の高屈折率のブロック６４に付着される。高屈折率のブロック６４は、ＬＥＤ３２の基板と屈折率が一致しており、これにより基板からの光取出し効率が最大になる。高屈折率のブロック６４は、通常サブマウント上にマウントされたＬＥＤを包み込む高屈折率のゲルに代るものである。高屈折率のブロック６４は、組立体からの光の取出しが更に向上するように形成することができる。高屈折率のブロック６４は、固体であることからメサ壁５６には接触しない。したがって、メサ壁５６が空気に接するようにＬＥＤ３２をサブマウントにマウントし、メサ壁５６で取り出される光を最小にすることができる。ＬＥＤがサファイア基板上に形成される場合には、高屈折率のブロック６４は、例えば、アルミニウム、タングステン、ハフニウム、イットリウム、及びセリウムの酸化物、セリウム、ランタン、及びネオジムのフッ化物、高屈折率のガラス、又はジルコニアとすることができる。ＬＥＤがＳｉＣの基板上に形成される場合には、高い屈折率のブロック６４は、例えば、硫化亜鉛、III族窒化物材料、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、及び、チタン、ジルコニウム、マンガン、クロム、ニオブ、インジウム、スズ、タンタル、及びアンチモンの酸化物とすることができる。ＬＥＤがIII族窒化物基板上に形成される場合には、高い屈折率のブロック６４は、例えば、硫化亜鉛、III族窒化物材料、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、及び、チタン、ジルコニウム、マンガン、クロム、ニオブ、インジウム、スズ、タンタル、及びアンチモンの酸化物とすることができる。
【００１８】
図７は、デバイスを包み込むのに使用する高屈折率のゲルが極めて粘稠な、本発明の別の実施形態を示す。この実施形態では、高屈折率の材料７０は、ＬＥＤ３２とサブマウント３４の間の領域を満たすには粘性が高過ぎる。粘稠な高屈折率の材料７０は、ＬＥＤ３２とサブマウント３４の間に壁７４を形成し、この壁７４が、該ＬＥＤ３２とサブマウント３４の間に空気その他の低屈折率材料のポケット７２を形成する。この結果、メサ壁５６は低屈折率の材料に接し、したがってメサ壁での光の取出しが最小になる。
【００１９】
図８Ａから図８Ｃまでに、本発明のさらに別の実施形態を示す。低屈折率の材料は、ドライフィルム技術によりメサ壁に塗布される。このようなドライフィルムは、１．３程度の低い屈折率のものが入手できる。感光性のポリプロピレン又はポリエチレンは、適切なポリマー・ドライフィルムを形成する。メサ壁上にポリマー・ドライフィルムの低屈折率の材料を有する発光構造を形成するために、まず、サブマウント１００上に感光性のポリマードライフィルム１０２が真空形成される。ＬＥＤをサブマウントに付着するのに使用されるはんだバンプ１０８が、サブマウントに付着される。次いで図８Ｂに示すように、感光性のポリマーフィルム１０２は、はんだバンプを覆うフィルムを除去するようにパターン形成される。感光性のポリマーフィルムは、例えば、フィルムの上にフォトマスクを塗布し、該フォトマスクを露光し、はんだバンプ１０８を覆うフィルムの部分を現像液中で溶解することによって、パターン形成することができる。フィルムはまた、レーザ・アブレーションによりパターン形成することもできるし、標準フォトレジスト、溶剤、及び／又はエッチング液を用いてフィルムをパターニングすることによりパターン形成することもできる。
【００２０】
次いで図８Ｃに示すように、はんだバンプ１０８と、残っているポリマードライフィルム１０２のアイランド部の上に、ＬＥＤチップ１０６が設置される。次いで、ＬＥＤとサブマントは、ＬＥＤ１０６のはんだ付けパッド１１０とはんだ１０８を融合するために、加熱される。この工程中に、ポリマードライフィルム１０２は、軟化し流動してＬＥＤ面に接触しメサ壁に広がる。ポリマードライフィルム１０２はまた、サブマウントウェーハ１００に広がり、ＬＥＤチップとサブマウントウェーハを結合する不浸透性の層を形成し、はんだ結合部の周りに流れる。
【００２１】
フィルムはまた、はんだのマスクとして機能するように選択されるので、はんだバンプ間において、ポリマードライフィルムなしで得ることが可能な間隔よりも近接した間隔を得ることができ、このマスクの存在により、隣接するはんだバンプ間ではんだ同士がつながる確率は低くなる。
【００２２】
図２から図８Ｃまでで説明される構造は、いくつかの利点を提供することができる。各々の構造は、メサ壁において屈折率の大きな段差を生じ、これにより、各々の構造は、デバイスにおける有効な光取出しを向上させる。さらに、上述の構造は、製造が簡単で費用がかからず、通常は付加的な半導体加工をほとんど又は全く伴わない。
【００２３】
メサ壁５６の寸法及び形状は、メサ壁に入射する光線の反射が最大になるように選択することができる。図９は、メサ壁をより詳細に示す。メサ壁の傾斜μは、ＧａＮ基板の界面における反射光の入射角を決定する。入射角はπである。この光線の取り出し率を最大にするためには、πをできるだけ小さくする必要があり、ＧａＮ基板の界面での全内部反射に関する臨界角度よりも小さくなければならない。
【００２４】
図１０は、メサ壁が高屈折率の材料に接するデバイスと、メサ壁が空気に接する本発明に係るデバイスにおける、取出された光をメサ壁の角度の関数として示す。図１０は、最適なメサ壁角度を有する構造を選択することで、チップからの有効な光取出しの著しい増大が達成できることを示す。メサ壁角度の最適値は、正確なデバイス構造に左右される。三角形は、メサ壁が空気に接するデバイスを示し、ひし形は、メサ壁が高屈折率のエポキシに接するデバイスを示す。メサ壁が空気に接するデバイスについては、チップから有効に光を取り出すために３５から６５度までの間のメサ壁の角度が適切であり、最も有効な光取出しを備えるデバイスは、４５から５５度までの間のメサ壁の角度を有する。メサ壁の角度は、メサを形成するドライエッチングの工程を制御することにより調整される。或いは、適当な結晶のエッチングによっても、特定の角度で選択的にメサ壁をエッチングすることができる。
【００２５】
メサ壁の適切な高さもまた、ＬＥＤチップの構造に左右される。図１１は、いくつかのデバイスに関するメサ壁の高さの関数としての有効な出力光を示す。ひし形は、メサ壁が空気に接するデバイスを示し、小さな正方形は、メサ壁が１．５の屈折率を有する材料に接するデバイスを示し、三角形は、メサ壁が１．５７の屈折率を有する材料に接するデバイスを示し、大きな正方形は、メサ壁が１．７６４の屈折率を有する材料に接するデバイスを示す。低屈折率の材料に接する適切な角度のメサ壁を備えたチップに関しては、高いメサを備えたチップは、より多くの有効な光取出しを有する。これは、メサ壁が高反射性である場合、メサ壁から反射される光は、減衰することなく直ちにデバイスを抜け出るためである。しかしながら、メサ壁が、正方形で示される高い屈折率を有する材料に接する場合には、メサ壁を通じての光の取出しが増加するので、メサ壁の高さが増加するに伴い有効な光取出しは低下する。メサの高さは、ｎ型ＧａＮ層のエッチングの深さを調整することによって制御される。信頼できる低い抵抗のｎ−コンタクトを形成するためには、エッチング後にｎ型ＧａＮ層が充分に残っていなければならない。
【００２６】
本発明の特定の実施形態を示し説明してきたが、その広い態様において本発明から逸脱することなく変更及び修正を加えることができ、したがって、特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲に属するこのような変更及び修正の全てを包含することが、当業者には明かであろう。例えば、本発明は、上述のＧａＮベースのデバイスに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】フリップチップ発光ダイオードを示す。
【図２】サブマウント上に取り付けられたＬＥＤを示す。
【図３】ｐ−層とｎ−層の位置を示すＬＥＤの平面図である。
【図４】はんだバンプとはんだ壁の位置を示すサブマウントの平面図である。
【図５】サブマウント上に取り付けられ、低い屈折率の材料に部分的に包み込まれ、高い屈折率の材料に部分的に包み込まれたＬＥＤを示す。
【図６】高い屈折率のブロック内に取り付けられたＬＥＤを示す。
【図７】サブマウント上にマウントされ、高い屈折率の粘稠な材料に包み込まれたＬＥＤを示す。
【図８Ａ】本発明の実施形態を示す。
【図８Ｂ】本発明の実施形態を示す。
【図８Ｃ】本発明の実施形態を示す。
【図９】メサ壁の例を示す。
【図１０】異なるデバイスに関するメサ壁の角度の関数としての有効な出力光を示す。
【図１１】異なるデバイスに関するメサ壁の高さの関数としての有効な出力光を示す。
【符号の説明】
１１  基板
１２  ｎ−層
１３  活性領域
１４  ｐ−層
１５  ｐ−コンタクト
１７  ｎ−コンタクト
１８  メサ
２０  光線
２２  サブマウント組立体
３２  ＬＥＤフリップチップ
３４  サブマウント
３６  はんだ壁
３８  はんだバンプ
４２  隙間
５１  ｎ型層
５２  活性領域
５３  ｐ型層
５４  ｎ−コンタクト
５５  ｐ−コンタクト
５６  メサ壁
６０  ゲル又はエポキシ
６２  ゲル又は高い屈折率のエポキシ
６４  ブロック
７０  材料
７２  ポケット
７４  壁
１００  サブマウント
１０２  ポリマードライフィルム
１０６  ＬＥＤチップ
１０８  はんだバンプ
１１０  はんだコンタクトパッド
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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