高反射フリップチップledダイ

著者らは特許

H01L - 半導体装置,他に属さない電気的固体装置(測定のための半導体装置の使用G01;抵抗一般H01C;磁石,インダクタ,トランスH01F;コンデンサー一般H01G;電解装置H01G9/00;電池,蓄電池H01M;導波管,導波管の共振器または線路H01P;電線接続器,集電装置H01R;誘導放出装置H01S;電気機械共振器H03H;スピーカー,マイクロフォン,蓄音機ピックアップまたは類似の音響電気機械変換器H04R;電気的光源一般H05B;印刷回路,ハイブリッド回路,電気装置の箱体または構造的細部,電気部品の組立体の製造H05K;特別な応用をする回路への半導体装置の使用は,応用サブクラスを参照)
H01L33/06 - 発光領域内にあるもの,例.量子閉じ込め構造,トンネル障壁
H01L33/20 - 特定の形状を有するもの,例.湾曲または面取りされた基板
H01L33/32 - 窒素を含むもの
H01L33/38 - 特定の形状
H01L33/40 - 材料
H01L33/42 - 透明材料
H01L33/46 - 反射コーティング,例.誘電体ブラッグ反射鏡
H01L33/50 - 波長変換要素

の所有者の特許 JP2016528728:

コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V.

 

LEDダイ(40)は、透明成長基板(46)の第1表面上にエピタキシャル成長されたN型層(18)、P型層(22)及び活性層(20)を含む。光が、第1表面とは反対の基板の第2表面から放たれ、蛍光体層(30)によって波長変換される。基板(46)の第1表面を露出させるように、ダイの中心領域(42)内に、及びエッジ(44)に沿って、開口(42、44)がエッチングされる。メタルPコンタクトから絶縁されて開口内に、例えば銀などの高反射金属(50)が堆積される。反射金属は、各開口の内側エッジに沿ってN側層の露出された側面に電気接続されることによって、N型層のための電流を導通し得る。反射金属は、蛍光体層によって放たれた下向きの光を反射して効率を向上させる。反射金属によって提供される反射領域は、ダイ面積のうちの10%−50%を形成し得る。

 

 

本発明は、例えば蛍光体層などの波長変換層を有する発光ダイオード(LED)のメタライゼーションに関し、特に、光の上方反射を改善するようにそのようなLEDダイの表面を金属化する技術に関する。
従来LEDの1つの種類は、その頂部発光面の上に蛍光体層を堆積した青色発光LEDである。LEDは通常、GaNに基づく。青色光が蛍光体にエネルギーを与え、蛍光体によって発せられた波長変換光が、蛍光体を通って漏れる青色光と組み合わされる。例えば白色光など、実質的に如何なる色も斯くして作り出され得る。
そのような蛍光体変換式(phosphor-converted)LED(PCLED)に関する1つの問題は、より詳細に後述するが、蛍光体層によって発せられる光が等方的であり、一部の光は上向きに放たれてLEDを出て行き、一部の光はダイの半導体部分内に戻る方向に放たれる。そして、この光の大部分が、LEDダイの底面のメタルコンタクトによって上向きに跳ね返される。反射損を最小化するには、メタルコンタクトが可視スペクトル全体で高反射特性を特徴とすべきであるが、多くの場合、それは達成困難である。
LEDパッケージ効率は、光が生成/変換された後にLEDから光を取り出す能力である。今日、このようなパッケージ効率の改善が、LEDの発光効率を高める上での主たる障害の1つと考えられている。
蛍光体変換式LEDにおける高められたパッケージ効率は、例えばフリップチップなどのアーキテクチャにてLEDの反射率を高めることによって達成され得る。
フリップチップ(FC)ダイのアーキテクチャにおいては、典型的に“頂部”半導体表面である半導体N型層から光が取り出される。P型層は、マウント基板(例えば、印刷回路基板)に面する“底部”半導体層である。ダイの底面にメタルコンタクト(電極)が形成される。Nコンタクトは、N型層の一部を露出させるようにP型層及び活性層(すなわち、量子井戸)をエッチング除去することによって形成される。次いで、開口内の露出されたP型層及び活性層を覆って誘電体層がパターン形成され(回路短絡を回避するため)、そして、N型層に接触するように例えばアルミニウムなどの金属層が開口内に堆積される。Nコンタクトは、ダイのいたる所のビア及び/又はダイのエッジ付近の溝の形態で構成されることができ、その場合、電流がN型層にわたって横方向に拡げられる。Nコンタクトの領域では活性層が除去されているので、Nコンタクト上では光は生成されない。
メタルPコンタクトは通常、表面積において最も大きく、機能的にもミラーリフレクタとして使用される。Pコンタクトは通常、Ag(銀)材料で構成される。Agの移動能力に起因して、一般に、下に位置する誘電体層内にAgがマイグレーションすることを防止するためにメタルガードシートが使用される。N型層への電気的な結合の向上のためのNコンタクトには、典型的に、銀ではなくアルミニウムが使用される。
最新テクノロジにおいて、薄膜フリップチップ(thin-film-flip-chip;TFFC)アーキテクチャは、更に成長基板(例えば、サファイア基板)を除去し、続いて、露出されたN層表面(そこから、生成された(青色)光が取り出される)の粗面化プロセスを行うことによって得られている。粗面化は、内部反射を抑制することによって光取り出しを向上させる。
蛍光体変換式TFFC LEDにおいては、粗面化されたN層表面に更に蛍光体層が堆積され、あるいは取り付けられ、斯くして、光を狭い波長域から特定の広帯域スペクトルへと変換する。
図1−3は、1つの種類の従来技術に係る蛍光体変換式TFFC LEDを示している。
図1は、LEDダイ10の底面図であり、大きいメタルPコンタクト層12と、N型層への電気的接触が為されるエッジに沿った狭いNコンタクト領域14と、良好に電流を拡げるためにN型層への更なる電気的接触が為される分散されたNコンタクト領域16とを示している。領域14及び16でN型層と接触する金属層は典型的に、関心ある波長に関して90%未満の反射率を有するものであるAlである。
図2は、図1の直線2−2に沿ったエッジ部分の断面図である。除去されているサファイア成長基板の上に半導体N型層18がエピタキシャル成長される。N型層18の上に活性層20及びP型層22が成長される。次いで、P型層22に電気的に接触するように、Pコンタクト12として、Agを有し得る高反射性の金属層(又は、複数の金属層のスタック)が堆積される。N型層18を露出させるように、エッジに沿って層22及び20がエッチングされる。Ag原子のマイグレーションを阻止するために、メタルPコンタクト層12上にメタルガードシート層24が堆積され得る。次いで、誘電体層26が堆積され、そして、領域14でN型層18を露出させるようにエッチングされる。次いで、領域14でN型層18と電気接触するとともにダイ10のエッジに沿ってメタルリングを形成するように、メタルNコンタクト層13(例えば、Al)が堆積される。LEDダイ10の中心領域では、層13及び26をエッチング除去することによってPコンタクト層12が露出され(図1参照)、そして、LEDダイ10の底面を平坦にするようにPコンタクト層12が更にメタライゼーションされる。メタルガードシート層24が使用される場合、Pコンタクト層12への電気的接触はメタルガードシート層24を介して為され得る。P及びNのメタルコンタクト層12及び13は、最終的に、マウント基板上の対応する金属アノードパッド及びカソードパッドに接合される。
図3は、分散されたNコンタクト領域16の一部を示す図1の直線3−3に沿った断面図であり、N型層18がメタルNコンタクト層13によって接触されている。領域16でN型層18へのコンタクトを作り出すためのメタライゼーション及びエッチングは、エッジ領域14へのコンタクトが作製されるのと同時に行われる。
サファイア成長基板は、レーザリフトオフ又はその他のプロセスによって除去され得る。次いで、光取り出しを向上させるために、露出された頂部N型層表面28が(例えば、エッチング又は研削によって)粗面化される。そして、頂面に、蛍光体層30が堆積され、あるいは(タイルとして)その他の方法で取り付けられる。
蛍光体層30が、黄緑色光(これは、青色光と組み合わされるときに白色光を生じる)を生成するYAG蛍光体であると仮定する。活性層20によって生成された光子が蛍光体粒子32(図2)にエネルギーを与えるとき、得られる波長変換光は通常、当方的に散乱され、故に、エネルギーのかなりの部分がLEDダイに戻るように方向付けられる。図2は、活性化された幾つかの蛍光体粒子が光線34を上へ下へと放つことを例示している。下向きの光は理想的には、領域14及び16のメタルNコンタクト層13と、Pコンタクト層12とによって上向きに反射される。しかしながら、Nコンタクト層13は典型的に、良好な反射体ではないアルミニウムである。従って、領域14及び16でNコンタクト層13に突き当たる光は有意に減衰されてしまう。良好なパッケージ効率は、ダイでの光吸収を回避するために、メタルコンタクトの高い反射率を当てにしている。
領域14及び16でのNコンタクト層13の限られた反射率に加えて、上に示したようなLEDダイのパッケージ効率はまた、GaN半導体材料(高屈折率材料、例えばn=2.5)から、より低い屈折率の蛍光体層(例えば、n=1.6)へと光を取り出すテクスチャ加工されたN型層表面28の能力によって制限される。
故に、必要とされるのは、このような制限を緩和して優れたパッケージ効率をもたらすLEDダイ構造である。
提案発明の1つの目的は、波長変換された光が等方的に放たれるとして、蛍光体層の光に曝されるダイ領域の実効的な反射率を高めることである。これを達成するため、本発明の一実施形態において、以下の技術が使用される。
全体的にいっそう高いダイ反射率に寄与する高反射領域が、その他の点では従来式のLEDダイに追加される。これらの高反射領域は、蛍光体層によって生成される光を効率的に反射するようにダイ上の領域に配置されるべきである。一実施形態において、高反射領域は、光を生成しない領域内である。全体のダイ面積に対する高反射領域の割合は相当なもの(例えば、最大で50%)であるべきである。標準的なLEDダイサイズにおいてと同じ面積の量子井戸(そこで電子が光子に変換される)を保持するため、追加される高反射領域に概して比例して、活性層領域(及び結果として蛍光体領域)が増大される。
高反射領域は、ダイのエッジにぐるりと形成され得るとともに、ダイの中心部分付近に分散され得る。反射領域は、N型層又は更にはP型層への電気コンタクト領域として使用されてもよい。
一実施形態において、透明成長基板(例えば、サファイア)は除去されず、最終的に、該基板の頂面の上に蛍光体層が設けられる。高反射領域は、半導体層を貫いてエッチングされた、基板を露出させるトレンチの中である。そして、露出された表面が例えばAgなどの高反射材料で被覆される。反射材料が金属である場合、適正な電気アイソレーションが必要とされ得る。トレンチ内の反射金属は、N型層に電流を運んでもよいし運ばなくてもよい。一実施形態において、Pコンタクトは既に高度に反射性であるため、P型層の電気的接触は本発明によって影響されない。
他の一実施形態において、比較的低い屈折率を持つ誘電体層が、基板と高反射金属層との間に、又はGaNと金属層との間に、該誘電体層の表面に屈折率の不整合を作り出すように形成される。故に、臨界角よりも大きい角度で境界面に入射する光は、全反射によって損失なく反射することになり、誘電体層に入る光は金属層によって反射されることになる。
反射金属が高反射領域を作り出すことに代えて、あるいは加えて、関心波長の100%を反射するように選定された厚さ及び屈折率を持つ積層された誘電体層を用いて、反射層を分布ブラッグ反射器としてもよい。
成長基板(例えば、サファイア)を除去しないことにより、当該基板は、蛍光体層からの下向きの光を散乱させて内部反射を抑制する助けとなり、当該基板は、良好な機械的支持を提供し、また、当該基板(約1.8の屈折率を持つ)は、GaNの屈折率(n=2.5)と蛍光体のそれ(n=1.6)との間の屈折率を提供することによって内部反射を抑制する。
基板は、エピタキシャル層−基板界面での光取り出しを向上させるために、エピタキシャル層を成長させることに先立って、その成長面にテクスチャ(凹凸)パターニングを受け得る。
その他の実施形態も記載される。
メタルコンタクト領域を示す従来技術のフリップチップLEDダイの底面図である。 図1の直線2−2に沿ったLEDダイエッジの断面図である。 図1の直線3−3に沿った分散コンタクト領域の一部の断面図である。 本発明の一実施形態に従ったLEDダイの底面図である。 図4の直線5−5に沿った高反射領域の一部の断面図である。 高反射金属がN型層と電気的に接触する本発明の他の一実施形態に従った図4の直線5−5に沿った高反射領域の一部の断面図である。 図4の直線7−7に沿った高反射領域のエッジ部分の断面図である。 基板のエッジが蛍光体ではなく反射体で被覆された図4の直線7−7に沿った高反射領域のエッジ部分の断面図である。 高反射金属がどのようにN型層と電気接触するかを示す図4の直線9−9に沿った分散Nコンタクトの一部の断面図である。 反射率を高めるために基板と高反射金属との間にどのように誘電体層があり得るかを例示する図4の直線5−5に沿った他の断面図である。 反射金属がN型層に接触し得るように図10の誘電体層がどのように開かれるかを例示する図4の直線5−5に沿った他の断面図である。 どのようにして第1の金属層がN型層に接触し且つ高反射金属層が誘電体層の上に形成されるかを例示する図4の直線7−7に沿った他の断面図である。蛍光体層が基板の側面を覆って延在している。 どのようにして第1の金属層がN型層に接触し且つ高反射金属層が誘電体層を覆って形成されるかを例示する図4の直線7−7に沿った他の断面図である。基板の側壁上に反射体が形成されている。 誘電体層を覆って形成されたメタル反射層がどのようにしてN型層に接触し得るかを例示する、図7と同様の、図4の直線7−7に沿った他の断面図である。 誘電体層を覆って形成されたメタル反射層がどのようにしてN型層に接触し得るかを例示する、図9と同様の、図4の直線9−9に沿った他の断面図である。 高反射金属層を用いることに代えて、あるいは加えて、分布ブラッグ反射器(DBR)を形成するように誘電体層がどのように積層され得るかを例示する高反射領域の拡大図である。 同じ又は同様である要素には同じ参照符号を付している。
図4は、本発明の一実施形態に従ったLEDダイ40の底面図である。LEDダイ40は、電気コンタクトとして作用してもよいし作用しなくてもよい追加の高反射領域42を含んでいる。また、LEDダイ40の外周は、図1との比較において相対的に幅広の高反射エッジ領域44を含んでいる。一実施形態において、活性層20の面積は従来技術と同じであり、故に、同等の電気的仕様が双方に当てはまる。しかしながら、LEDダイ40は、領域42及び44のために追加された面積に起因して大きくされるとともに、高められたパッケージ効率により光出力が増大される。
図示の実施形態において、従来技術のPコンタクト層12は有意に変更されていない。何故なら、(Agを有する)Pコンタクト層12は既に良好な反射体(リフレクタ)であるからである。
一実施形態において、LEDダイ40は1mm×1mm程度の面を有する。
図4の例において領域42は十字として形成されているが、それは如何なる形状であってもよく、好ましくは、LEDダイ40の頂面にわたって相当に均一な光出力を提供するように設計される。領域42は、ダイ表面積の10%−50%を占め得る。領域42は活性層20の一部を除去するので、光生成領域の損失を補償するようにダイが大きくされ得る。
図5は、図4の直線5−5に沿った高反射領域42の一部の断面図である。
透明なサファイア成長基板46は除去されない。基板46は、場合により、蛍光体層30を堆積するのに先立って薄化される。蛍光体層30は、あらゆる周知技術を用いて基板46の表面にコートされてもよく、あるいは、プリフォームされたタイルとして基板46の表面に取り付けられてもよい。
そして、トレンチ48(図4において十字として形成されている)が、透明基板46の表面を露出させるように、様々な層を貫いてエッチングされる。
Pコンタクト層12の金属(例えば、Ag)がP型層22の上に堆積される(これは、トレンチ48を形成する前又は後に行われ得る)。そして、ガードシート層24及び誘電体層26が堆積され、基板46を露出させるがPコンタクト層12を覆うようにパターニングされる。
次いで、基板46の露出表面上に、また、誘電体層26の如何なる部分をも覆って、例えばAg又は合金などの高度に反射性の層50が堆積及びパターニングされる。Alの反射率が関心波長で約90%であるのに対して、Agの反射率は関心波長に関して約95%である。
次いで、Agマイグレーションが関心事である場合に、反射層50を覆ってガードシート層52が堆積され得る。
図5の視界の外側の領域で、Pコンタクト層12を露出させるように反射層50、ガードシート層24、及び誘電体層26がパターニングされ、故に、露出されたPコンタクト層12を、サブマウント又は印刷回路基板にマウントするときにアノード電極として使用することができる。Pコンタクト層12の下方の反射層50は、光に曝されず、N型層18との電気的接触をとるためにのみ使用され得る。
図5は、様々な蛍光体粒子32が光線34を異なる方向に放つことを例示している。光は、AgのPコンタクト層12で反射される光、及び反射層50を形成するAg層で反射される光が示されている。その他の場所で、光はまた、分散コンタクト領域54(図4)内に位置する及びダイのエッジに沿って位置する反射層50でも反射され得る。
図5の例では、反射層50とN型層18との間で電気的接触は為されていない。
図6は、図4の直線5−5に沿った他の一実施形態であり、誘電体層26がエッチング除去された領域56で、反射層50によってN型層18への電気的接触が為されている。幅狭のコンタクト領域56は、良好な電流拡がりのために、図4の十字パターンのエッジを完全に一周して延在する。従って。ガードシート層52及び反射層50が、サブマウント又は印刷回路基板に接合される底部カソード電極の一部を形成し得る。
図7は、基板46の側壁周りに延在する蛍光体層30が追加された、図4の直線7−7に沿った高反射領域44を示すダイ40のエッジ部分の断面図である。これら様々な層の製造は、上述と同じとし得る。基板46を露出させるようにダイ40のエッジがエッチングされ、反射層50(例えば、Ag)を含む様々な層が図示のように堆積される。図7はまた、ダイ40の中心部分を囲むメタルリング58を用いて反射層50がN型層18への電気的接触を為すことを示している。リング58を形成するのに使用される金属は、アルミニウムを有していてもよく、また、N型GaNとオーミックコンタクトを為すのに従来から使用されている従来の金属スタックとし得る。リング58は、図4に示した分散コンタクト領域54内でN型層18との接触を為すのに使用される金属(図9に関して後述する)と同時に堆積及びパターニングされる。エッジに沿った反射層50によるN型層への電気的接触は、図6に示したように単純に誘電体層26を開くことによって為されてもよいが、リング58及びガードシート層部分60を形成する接触面金属(インタフェースメタル)は、より良好な電気接続のためのインタフェースを提供する。このようなインタフェースは図6でも使用され得る。
反射層50からのAg原子のマイグレーションを阻止するため、メタルリング58と反射層50との間の障壁としてガードシート層部分60が形成されている。ガードシート層部分60は、ガードシート層24と同時に形成され得る。
誘電体層26が、反射層50及びメタルリング58を、メタルPコンタクト層12(これまた、高い反射率のためにAgを有し得る)からアイソレートする。
図7は、蛍光体粒子32が様々な方向に光線34を放つことを例示している。エッジに沿った反射層50で反射される光線62を1つの粒子32がどのように放つかに注目されたい。反射層50がNコンタクトに使用される場合、当該反射層は典型的に、カソード電極として作用するようにダイの底面まで延在することになる。代わりに、反射層50は、ダイ40の底面に沿って延在する別種類のさほど反射性でない金属に電気的に接続されてもよい。何故なら、メタルPコンタクト層12の下方にあるメタルは光を受けないからである。カソード電極に関し、サブマウント又は印刷回路基板のメタルパッドへの接合を容易にするため、例えばNi及びAuなど、その他の周知の金属が反射層50を覆って堆積されてもよい。
図1と図4との比較により理解されるように、エッチングされるエッジが遥かに広く、エッジに沿って光が生成されない。しかしながら、ダイ40は、光生成領域の損失を補償するように大きくされ得る。しかしながら、蛍光体30によってのみでなく活性層20によっても生成される光の反射が増大されるので、パッケージ効率が図1のダイ10のそれよりも高くなる。故に、LEDダイ40は、図1の従来技術のLEDダイ10と同じ電気的仕様を有しながらも、いっそう明るくなる。
一実施形態において、反射層50によって覆われるダイ40のエッジ周りのトレンチ48の面積は、ダイ40の表面積の10%−50%である。
図8は、図7と同様であるが、基板46のエッジが蛍光体ではなく反射体66で被覆されたている。基板46は、LED半導体層よりも何倍も厚いことができ、故に、側面から放出される光もかなりである。そのような側面光が望ましくない場合、リフレクタ66を形成することが推奨される。リフレクタ66は、Ag又はその他の好適材料とし得る。図8は、蛍光体粒子32からの光線68が反射層50及びリフレクタ66の双方で反射されていることを示している。
図9は、図4の直線9−9に沿った分散Nコンタクトの一部の断面図であり、どのように反射層50が、LED層の円形エッチング開口内の幅狭リングを形成するメタルコンタクト70を介して、N型層18と電気接触するかを示している。メタルコンタクト70は、図7のメタルリング58を形成するのと同じ金属であり、同時に形成される。図4は4つの相等しい分散コンタクト領域54を示しているが、電流の均一性の向上のために、もっと多く存在していてもよい。分散コンタクト領域54は、図示のように円形又は概して錐台形状とすることができ、あるいは、矩形又はその他の形状であってもよい。故に、メタルコンタクト70は、コンタクト領域54のエッジの形状を取ることになろう。ガードシート層部分72も図示されており、これは図7のガードシート層部分60と同時に形成される。N型層12への電気的接触が、電流を均等に拡げるよう、図6、7及び9に示した様々な電気コンタクトによって為される。
故に、分散コンタクト領域54及び反射エッジ領域44が、蛍光体層30から突き当たって来る光のうちの約95%を反射することになり、また、Pコンタクト層12も高度に反射性であるので、領域14及び16でNコンタクト層13による有意な吸収が存在する図1のダイ10とは対照的に、非常に少ない蛍光体光のみがダイ40によって吸収される。従って、LEDの全体効率が向上される。
他の一実施形態において、トレンチ48を追加して十字形状の反射層50を形成する代わりに、分散コンタクト領域54が図1の分散領域16よりも大きくされ、N型層18への電気的接触がコンタクト領域54のエッジに沿って為され(図9に示される)、コンタクト領域54の中心領域のみが高反射領域を追加する。なお、従来技術の図3においては、図9と対照的に、N型層18と接触する分散領域16は、単にN型層18との電気的接触を為すためのものであり、使用されるコンタクトメタルが蛍光体光をかなり吸収してしまう。
Agを用いる高反射領域の領域は、好ましくは、典型的にAlであるNコンタクトメタルがN型層18と接触する領域よりも遥かに大きく、また、このAlは、反射層50とN型層18との間の電気的インタフェースのために使用されるのみとすべきである。好ましくは、このAlは、例えば2Lt以下のコンタクト幅を提供するなど、N型層18への良好な電気コンタクトのために厳密に必要とされるものしか占有しないとすべきである。ここで、Ltは、典型的に約1μmである金属−半導体コンタクトの伝達長である。残りの露出領域は、高反射金属(例えば、Ag)によって好ましく覆われる。高反射層50は、本発明の目的をなおも達成しながら電流担体として使用されてもよいし使用されなくてもよい。
図10は、反射率を高めるために基板46とメタル高反射層50との間にどのように誘電体層26があり得るかを例示している。誘電体層26の屈折率(例えば、1.4−1.5)は、基板46のそれよりも低いように選定される。図10は、例えば図4の直線5−5、7−7、又は9−9にわたってなど、高反射率の領域のうちの何れかを示しているとし得る。故に、例えば光線74など、臨界角よりも大きい角度で境界面に入射する光は、全反射によって損失なく反射することになり、例えば光線76など、誘電体層26に入る光は反射層50によって反射されることになる。
また、一例において、N型層表面28を含む薄化されたN型層18が、図10の左端まで延在してもよい。誘電体層26及び反射層50が、薄化されたN型層18を覆って形成される場合、比較的低屈折率の誘電体層26が、臨界角よりも大きい角度で入射する光をGaN/誘電体界面で損失なく反射させることになる。誘電体層26に入る光は反射層50によって反射されることになる。反射層50は、N型層18のための電流を運んでもよいし運ばなくてもよい。
誘電体層26の屈折率が低いほど、(スネルの法則に従って)臨界角が小さく、ひいては、全反射によって境界面で完全に反射されることになる光線の範囲が大きくなる。
図11は、図4の直線5−5(又は、反射領域のその他のエッジ)に沿った他の断面図であり、メタル反射層50がN型層18に電気接触してN型層18の電流を運び得るように図10の誘電体層26がどのように開かれ得るかを例示している。
図12は、図4の直線7−7に沿った他の断面図であり、どのようにして第1の金属層84(例えば、アルミニウム)が領域86で誘電体層26の開口を通ってN型層18に接触し得るかを例示している。例えばAgなど、より高い反射率の金属で形成される反射層50が、誘電体層26を覆って第1の金属層84上に形成され得る。図10及び11においてのように、基板46と接触する誘電体層26が、全反射によって一部の光を反射する。蛍光体層30が基板の側面を覆って延在している。
図13は、図4の直線7−7に沿った他の断面図であり、どのようにして第1の金属層84がダイのエッジ付近でN型層18に接触し得るかを例示している。図13は、基板46の側壁を覆って反射体66が形成されている点で図12と異なる。
図14は、図7と同様の、図4の直線7−7に沿った他の断面図であり、誘電体層26を覆って形成されたメタル反射層50がどのようにして、メタルリング58及びガードシート層部分60を介してN型層18に接触し得るかを例示している。
図15は、図9と同様の、図4の直線9−9に沿った他の断面図であり、誘電体層26を覆って形成されたメタル反射層50がどのようにして、メタルコンタクト70及びガードシート層部分72を用いてN型層18に接触し得るかを例示している。
反射金属が高反射領域を作り出すことに代えて、あるいは加えて、図16に示すように、関心波長の100%を反射するように選定された厚さ及び屈折率を持つ積層された誘電体層90A、90B及び90Cを用いて、反射層を分布ブラッグ反射器(DBR)としてもよい。実際の実施形態においては、積層されたもっと多くの層が存在し得る。DBRを形成することは、他の用途に関して周知である。DBRを完全に突き抜ける光(例えば、光線94)は、反射層50を形成する金属層によって反射されることになる。この金属層はオプションとし得る。DBRは、誘電体層としての使用のためにP型層22の下方に形成されてもよく、また、誘電体層26の延長であってもよい。
なお、DBRはまた、メサ側壁反射を得るためにメサの側壁を覆うように延在されることができる。
成長基板46を除去しないことにより、当該基板は、蛍光体層からの下向きの光を散乱させて内部反射を抑制する助けとなり、基板46は、良好な機械的支持を提供し、また、基板46(約1.8の屈折率を持つ)は、GaNの屈折率(n=2.5)と蛍光体層30のそれ(n=1.6)との間の屈折率を提供することによって内部反射を抑制する。基板46の成長面を粗面化して内部反射を抑制することにより、光取り出しが更に向上され得る。
さらに、蛍光体層30が半導体層から隔てられるので、蛍光体層30に伝達される熱が少なく、より低温の要求を持つ蛍光体の使用が可能になる。
蛍光体層に代えて、例えば量子ドット層など、その他の波長変換層が基板46の上に置かれてもよい。波長変換層は、基板46と直に接触する必要はない。
本発明の特定の実施形態を図示して説明したが、当業者に明らかなように、より広い観点での本発明を逸脱することなく変形及び変更が為され得るのであり、故に、添付の請求項は、その範囲内に、本発明の真の精神及び範囲に入るそのような変形及び変更の全てを包含するものである。



  1. 発光ダイオード(LED)ダイの構造体であって、
    N型層と、P型層と、光を発する活性層とを含むLED半導体層と、
    第1表面と、該第1表面とは反対の第2表面とを有する成長基板であり、
    前記N型層、前記P型層、及び前記活性層が、前記第1表面に成長されており、
    前記活性層によって生成される前記光の少なくとも一部が当該基板の前記第1表面に入って当該基板の前記第2表面を出て行くように、前記N型層、前記P型層、及び前記活性層が配置されており、
    前記LED半導体層が、当該基板の前記第1表面を露出させる1つ以上の開口を有する、
    基板と、
    前記基板の前記第2表面の上に位置する波長変換層と、
    前記波長変換層からの光を反射するように前記基板の前記第1表面の少なくとも一部を覆って前記1つ以上の開口内に堆積された反射材料と、
    を有する構造体。

  2. 前記反射材料は、前記基板に直に接触する金属である、請求項1に記載の構造体。

  3. 前記反射材料は、前記N型層のための電流を導通する、請求項2に記載の構造体。

  4. 前記反射材料は、前記N型層から電気的に絶縁されている、請求項2に記載の構造体。

  5. 前記1つ以上の開口は、前記LEDダイのエッジに沿った開口を有する、請求項1に記載の構造体。

  6. 前記1つ以上の開口は、前記LEDダイの中心部分に沿った開口を有する、請求項1に記載の構造体。

  7. 前記LEDダイの前記中心部分に沿った前記開口は十字形状を形成している、請求項6に記載の構造体。

  8. 前記1つ以上の開口は、前記LEDダイにわたって分散された開口を有する、請求項1に記載の構造体。

  9. 前記1つ以上の開口は更に、前記LEDダイのエッジに沿った開口を有する、請求項8に記載の構造体。

  10. 前記1つ以上の開口は、前記LEDダイにわたって分散された開口を有し、当該構造体は更に、前記LEDダイにわたって分散された前記開口の各々のエッジに沿って、該開口の中心領域にはなしで、前記反射材料を前記N型層に電気接続するNコンタクトメタルリングを有する、請求項1に記載の構造体。

  11. 前記1つ以上の開口は、前記LEDダイにわたって分散された開口を有し、当該構造体は更に、前記LEDダイにわたって分散された前記開口の各々のエッジに沿って、該開口の中心領域にはなしで、前記反射材料を前記N型層に電気接続するための、前記N型層と前記反射材料との間の電気コンタクト領域を有する、請求項1に記載の構造体。

  12. 前記1つ以上の開口は、前記LEDダイの中心部の開口を有し、当該構造体は更に、該開口のエッジに沿って、該開口の中心領域にはなしで、前記反射材料を前記N型層に電気接続するための、前記N型層と前記反射材料との間の、連続した電気コンタクト領域を有する、請求項1に記載の構造体。

  13. 前記1つ以上の開口は、前記LEDダイのエッジに沿った開口を有し、当該構造体は更に、該開口の内側エッジに沿って、該開口の中心領域にはなしで、前記反射材料を前記N型層に電気接続するための、前記N型層と前記反射材料との間の、連続した電気コンタクト領域を有する、請求項1に記載の構造体。

  14. 前記反射材料はAgを有する、請求項1に記載の構造体。

  15. 前記反射材料は、前記N型層と電気的に接触する第1の金属層であり、当該構造体は更に、前記P型層と電気的に接触する第2の金属層を有し、前記第1の金属層及び前記第2の金属層は、前記LEDダイの底面のアノード電極及びカソード電極にて終端している、請求項1に記載の構造体。

  16. 前記波長変換層は、前記基板の側壁をも覆って形成された蛍光体層である、請求項1に記載の構造体。

  17. 前記基板の側壁を覆って形成された反射体を更に有する請求項1に記載の構造体。

  18. 前記反射材料は、分布ブラッグ反射器を形成する誘電体スタックを有する、請求項1に記載の構造体。

  19. 前記基板と前記反射材料との間に誘電体層を更に有する請求項1に記載の構造体。

  20. 発光ダイオード(LED)ダイの構造体であって、
    N型層と、P型層と、光を発する活性層とを含むLED半導体層と、
    第1表面と、該第1表面とは反対の第2表面とを有する成長基板であり、
    前記N型層、前記P型層、及び前記活性層が、前記第1表面に成長されており、
    前記活性層によって生成される前記光の少なくとも一部が当該基板の前記第1表面に入って当該基板の前記第2表面を出て行くように、前記N型層、前記P型層、及び前記活性層が配置されている、
    基板と、
    前記基板の前記第2表面の上に位置する波長変換層と
    を有し、
    前記LED半導体層が、前記N型層を露出させる1つ以上の開口を有し、
    当該構造体は更に、
    前記露出されたN型層を覆って形成された誘電体層と、
    前記波長変換層からの光を反射するように前記誘電体層を覆って前記1つ以上の開口内に堆積された反射材料と
    を有する、
    構造体。

 

 

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