DE102015002839A1

DE102015002839A1 - Punktlichtquellen-LED

Info

Publication number: DE102015002839A1
Application number: DE102015002839.1A
Authority: DE
Inventors: Masumi Hirotani; Shinji Iio; Hidetoshi Sone; Keizo Kawaguchi; Cheng Chung Yang
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2015-09-10
Also published as: JP2015170717A; US20150255674A1; TWI653769B; TW201541663A; JP6208051B2; US9595635B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Punktlichtquellen-LED mit einem Halterungssubstrat, einer Metallschicht, einer Schicht eines ersten Leitungstyps, einer aktiven Schicht, einer Schicht eines zweiten Leitungs-Typs mit einer Strom-verengenden Struktur, und einer Oberseiten-Elektrode mit einer Öffnung, in dieser Reihenfolge, wobei die Metallschicht lokal in einem Bereich bereitgestellt ist, welcher der Öffnung entspricht, und eine metallische Reflektionsfläche aufweist, durch die in der aktiven Schicht erzeugtes Licht zur Seite der Öffnung hin reflektiert wird, und die Punktlichtquellen-LED ferner eine Licht-reflektierende Reduktionsfläche mit geringerer Reflektivität und/oder höherer Absorptivität als die metallische Reflektionsfläche aufweist, die um die metallische Reflektionsfläche herum bereitgestellt ist..

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Punktlichtquellen-LED (light-emitting diode) mit einer Chip-Struktur, die seitlichen Restlichtaustritt aus den Stirnflächen des Chips unterdrückt.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Chip-förmige Licht-emittierende Dioden (LEDs) mit einer aktiven Schicht zwischen einer oberseitigen Elektrode und einem Halterungssubstrat, einer Strom-verengenden Struktur zum Zentralisieren des Steuerstroms in eine bestimmte Region der aktiven Schicht und zum Induzieren lokaler Lichtemission aus der bestimmten Region der aktiven Schicht, und einer metallischen Reflektionsfläche zum Bewirken, dass von der aktiven Schicht zur Substratseite hin emittiertes Licht zur Seite der oberseitigen Elektrode hin reflektiert wird, in welchen ausgegebenes Licht durch eine lokal in der oberseitigen Elektrode gebildete Öffnung abgestrahlt wird, sind an sich bekannt. Ein solches Beispiel ist die in Patentdokument 1 offenbarte LED. In einer solchen LED werden, unter den in der aktiven Schicht erzeugten Lichtstrahlen, zur Seite des Halterungssubstrats gerichtete Lichtstrahlen von der metallischen Reflektionsfläche zur Seite der oberseitigen Elektrode hin reflektiert. Solch eine Diode hat daher die Eigenschaft, eine hohe Licht-Ausgabeeffizienz sicherzustellen, verglichen mit hoch winkel-abhängigen Multilayer-Film-Reflektionsspiegeln (d. h., DBR-Schichten, was für ”distributed Bragg reflection”-Schichten steht), und wird als Lichtsensor, optischer Encoder oder Punktlichtquelle in Plastic Optical Fiber(POF)-Kommunikation eingesetzt.
Patentdokument 1: JP 2006-148059 A
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die oben erwähnte Chip-förmige Punktlichtquellen-LED hat eine metallische Reflektionsfläche, die auf dem gesamten, zur Dickenrichtung des Chips senkrechten Querschnitt bereitgestellt ist. Daher wird, von den aus dem Bereich der aktiven Schicht abgestrahlten Lichtstrahlen, ein von der metallischen Reflektionsfläche reflektierter Strahl direkt, oder nach mehrfacher Reflektion zwischen der metallischen Reflektionsfläche und der oberseitigen Elektrode, von den Stirnflächen des Chips ausgestrahlt. Daher kann es Fälle geben, in denen seitliche Lichtstrahlen, die aus den Stirnflächen des Chips austreten, eine Intensität von beispielsweise etwa 20% der maximalen Intensität aufweisen, und außerdem verursachen sie Probleme durch Mischen mit durch die Öffnung in der oberseitigen Elektrode abgegebenem Licht, als Rausch-Komponente der Punktlichtquellen-LED. In einigen Fällen ist diese Rausch-Komponente ein Hindernis beim Durchführen von Messungen oder Kommunikation unter Verwendung der Punktlichtquellen-LED als Lichtquelle. Zum Zweck der Verbesserung der Auflösung am Lichtemissionspunkt einer LED wurden in Patentdokument 1 alle um die LED-Bereiche herum angeordneten Seitenwände abwechselnd inselförmig mit einer Draht-Wickelschicht umgeben. Es gibt jedoch Fälle, in denen das Ausbilden von Seitenwänden gleichförmiger Dicke schwierig ist, so dass die Unterdrückung von Seitenlicht nicht zuverlässig gelingt.
Die vorliegende Erfindung wurde vor dem Hintergrund der oben beschriebenen Umstände gemacht. Es ist eine ihrer Aufgaben, eine Punktlichtquellen-LED bereitzustellen, welche eine Unterdrückung des Austretens von Seitenlicht aus Stirnflächen der Punktlichtquellen-LED gestattet.
Die vorliegenden Erfinder stellten vor dem Hintergrund der oben beschriebenen Umstände diverse Untersuchungen und Studien an, und fanden als deren Ergebnis, dass das Austreten von Seitenlicht aus Stirnflächen einer Punktlichtquellen-LED zweckmäßig unterdrückt werden kann, indem direkt unterhalb einer lokalen Lichtemissionsregion in der aktiven Schicht der Punktlichtquellen-LED eine Metallschicht mit einer metallischen Reflektionsfläche bereitgestellt wird, und ferner um die metallische Reflektionsfläche herum eine Licht-reflektierende Reduktionsfläche bereitgestellt wird. Auf der Grundlage dieser Befunde wurde die vorliegende Erfindung gemacht.
Insbesondere besteht der Erfindungsgedanke darin, dass (a) die vorliegende Punktlichtquellen-LED ein Halterungssubstrat, eine Metallschicht, eine Schicht eines ersten Leitungs-Typs, eine aktive Schicht, eine Schicht eines zweiten Leitungs-Typs mit einer Strom-verengenden Struktur, und eine oberseitige Elektrode mit einer Öffnung darin aufweist, und zwar in dieser Reihenfolge; (b) die Metallschicht lokal in einem der Öffnung entsprechenden Bereich angeordnet ist und eine metallische Reflektionsfläche aufweist, durch die in der aktiven Schicht erzeugtes Licht zur Seite der Öffnung hin reflektiert wird; und (c) die vorliegende Punktlichtquellen-LED ferner eine Lichtreflektions-Reduktionsfläche mit geringerer Reflektivität und/oder höherer Absorptivität als die metallische Reflektionsfläche aufweist, welche um die metallische Reflektionsfläche herum bereitgestellt ist.
Gemäß der so konfigurierten Punktlichtquellen-LED ist die metallische Reflektionsfläche lokal in einem Bereich der Metallschicht bereitgestellt, der der lokal in der oberseitigen Elektrode gebildeten Öffnung gegenüberliegt, und reflektiert Licht, das in der aktiven Schicht erzeugt wurde, und richtet das Licht auf die Seite der Öffnung, während um die metallische Reflektionsfläche herum die Licht-reflektierende Reduktionsfläche mit geringerer Reflektivität und/oder höherer Absorptivität als die metallische Reflektionsfläche bereitgestellt ist. Daher wird ein Teil der Lichtstrahlen, die aus einer Region der aktiven Schicht zur Seite des Halterungssubstrats gerichtet sind, von der metallischen Reflektionsfläche reflektiert, und ein anderer Teil wird von der Licht-reflektierenden Reduktionsfläche absorbiert, ohne reflektiert zu werden, und dadurch kann seitlich aus den Stirnflächen der Chip-förmigen Punktlichtquellen-LED zweckmäßig unterdrückt werden.
Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Schicht des ersten Leitungs-Typs eine erste Kontaktschicht und die vorliegende Punktlichtquellen-LED ferner eine dielektrische Schicht aufweist, die in Kontakt mit einem Bereich der ersten Kontaktschicht steht und auf der Metallschicht bereitgestellt ist. Gemäß einer solchen Schichtstruktur gibt es in der Oberfläche der Metallschicht einen Bereich, der mit der dielektrischen Schicht bedeckt ist, der in Kontakt mit einem Bereich der ersten Kontaktschicht steht. In dem Bereich wird eine Reaktion zwischen der Metallschicht und der ersten Kontaktschicht, nämlich Diffusion oder Legieren, gehemmt, und daher wird diffuse Reflektion und Lichtabsorption unterdrückt. Als Ergebnis wird auf der Seite der Metallschicht zur aktiven Schicht hin eine metallische Reflektionsfläche mit hoher Reflektivität gebildet. In dieser Hinsicht wirkt die dielektrische Schicht als Legierungs-Verhinderungsschicht.
Außerdem ist es zweckmäßig, wenn die dielektrische Schicht lokal in einem Bereich der ersten Kontaktschicht bereitgestellt ist, der der Öffnung entspricht. Gemäß einer solchen Struktur wird in dem der Öffnung gegenüberliegenden Bereich der Metallschicht-Oberfläche die Reaktion zwischen der Metallschicht und der ersten Kontaktschicht verhindert, das heißt, Diffusion oder Legieren, und daher diffuse Reflektion und Lichtabsorption, werden unterdrückt. Folglich wird auf der Seite der Metallschicht zur aktiven Schicht hin eine metallische Reflektionsfläche mit hoher Reflektivität gebildet.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn die vorliegende Punktlichtquellen-LED ferner, im Inneren der dielektrischen Schicht, wenigstens eine intermediäre Elektrode aufweist, die dazu ausgebildet ist, durch die dielektrische Schicht hindurchzugehen, um elektrische Kontinuität zwischen der ersten Kontaktschicht und der Metallschicht herzustellen. Gemäß solch einer Struktur wird ein elektrischer Strom zwischen der oberseitigen Elektrode und der wenigstens einen intermediären Elektrode in die intermediäre, durch die in einem der lokal in der oberseitigen Elektrode gebildeten Öffnung entsprechenden Bereich gebildete dielektrische Schicht hindurchtretende Elektrode fließen. Daher wird der Strom in einer Region der aktiven Schicht zentralisiert, die dem Bereich direkt unterhalb der in der oberseitigen Elektrode gebildeten Öffnung entspricht, und zwar ohne Diffusion. Im Ergebnis wird die aktive Schicht veranlasst, Licht lokal in der Region zu emittieren, die dem Bereich direkt unterhalb der in der oberseitigen Elektrode gebildeten Öffnung entspricht. Folglich wird seitliche Lichtemission weiter unterdrückt.
Ferner ist es auch zweckmäßig, wenn die Metallschicht lokal in demselben Muster wie die dielektrische Schicht auf die erste Kontaktschicht, oder auf die gesamte erste Kontaktschicht gestapelt wird, wenn sie mit der dielektrischen Schicht zusammengeführt werden. Wenn die Metallschicht lokal auf die erste Kontaktschicht gestapelt wird, müssen zumindest die dielektrische Schicht und die Metallschicht gemustert werden. Wenn andererseits die Metallschicht auf die gesamte erste Kontaktschicht gestapelt wird, braucht nur die dielektrische Schicht gemustert zu werden. In dem Fall, dass die Metallschicht überall auf der ersten Kontaktschicht über die lokalisierte dielektrische Schicht gestapelt wird, tritt an der Grenzfläche zwischen der Kontaktschicht und der Metallschicht infolge der Temperatur beim Thermokompressions-Bonden Legierungsbildung auf, was in der Ausbildung der Lichtreflektions-Reduktionsfläche mit reduzierter Reflektivität und/oder einer gesteigerten Absorptivität resultiert. Es ist auch möglich, um die lokalisierte dielektrische Schicht herum eine besondere Schicht bereitzustellen, die ein Material zur Reduktion der Lichtreflektion enthält.
Außerdem ist es zweckmäßig, wenn das Halterungssubstrat durch Thermokompressions-Bonden über eine ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt enthaltende Metalladhäsionsschicht an die erste Kontaktschicht gebondet wird, und die vorliegende Punktlichtquellen-LED ferner eine Diffusionsbarriereschicht aufweist, die die Metalladhäsionsschicht und die Metallschicht voneinander trennt. Gemäß solch einer Struktur ist es möglich, bei der Temperatur, bei der die Metalladhäsionsschicht schmilzt, eine Reaktion zwischen der Metalladhäsionsschicht und der Metallschicht zu verhindern. Für die Metalladhäsionsschicht können zweckmäßig Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt, wie Au-In, Pb-Sn, In-Sn und Au-Sn verwendet werden.
Die intermediäre Elektrode ist hinsichtlich des dafür verwendeten Materials nicht besonders beschränkt, aber die Materialien sind vorzugsweise solche Materialien, die befähigt sind, Ohm'sche Elektroden zu bilden. Beispiele solcher Materialien, die eine Ohm'sche Elektrode bilden, beinhalten AuZn, AuBe und ITO. Außerdem ist die Metallschicht hinsichtlich des dafür verwendeten Materials nicht besonders beschränkt. Beispiele dafür verwendbarer Materialien beinhalten Ag, Al, Au, Pt und solche Metalle enthaltende Legierungen (z. B. AuZn). Außerdem ist es nicht ausgeschlossen, entweder dasselbe oder aber verschiedene Materialien zur Bildung der intermediären Elektrode und der Metallschicht zu verwenden, sofern solche Verwendungen nicht vom Erfindungszweck abweichen.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn in einem Querschnitt, der durch die Mitte der lokal in der oberseitigen Elektrode gebildeten Öffnung geht, die metallische Reflektionsfläche einen Durchmesser L2 und die Öffnung einen Durchmesser L1 aufweisen, dass diese Durchmesser der Beziehung 0,2 L1 ≤ L2 ≤ 1,8 L1 genügen, vorzugsweise der Beziehung 0,6 L1 ≤ L2 ≤ 1,4 L1. Gemäß solch einer Struktur kann die Beibehaltung der Ausgangslicht-Intensität und die Unterdrückung von Seitenlicht miteinander kompatibel gemacht werden, und die Intensität des Seitenlichts kann reduziert werden, ohne die Intensität des Ausgangslichts zu verringern.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Lichtreflektions-Reduktionsfläche eine Reflektivität RR2 und die auf der Metallschicht bereitgestellte metallische Reflektionsfläche eine Reflektivität RR1 aufweist, dass diese der Beziehung RR2 ≤ 0,8 RR1 genügen. Gemäß solch einer Struktur kann die Beibehaltung der Ausgangslicht-Intensität und die Unterdrückung von Seitenlicht miteinander kompatibel gemacht werden, und die Intensität des Seitenlichts kann reduziert werden, ohne die Intensität des Ausgangslichts zu verringern. Außerdem ist es bevorzugt, dass die Reflektivität RR1 der metallischen Reflektionsfläche der Beziehung RR1 ≥ 70% in Bezug auf Licht mit Wellenlängen genügt, wie sie von der aktiven Schicht emittiert werden.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die metallische Reflektionsfläche, in dem durch die Mitte der Öffnung gehenden Querschnitt, einen Abstand D zwischen einer Kante der metallischen Reflektionsfläche und einem Schnittpunkt der Normalen zu einer Kante der Öffnung mit der metallischen Reflektionsfläche aufweist, dass dieser Abstand, in Bezug auf den Durchmesser L1 der Öffnung, der Beziehung 0 ≤ D ≤ 0,4 L1 genügt, vorzugsweise der Beziehung 0 ≤ D ≤ 0,2 L1. Gemäß solch einer Struktur kann die Beibehaltung der Ausgangslicht-Intensität und die Unterdrückung von Seitenlicht miteinander kompatibel gemacht werden, und die Intensität des Seitenlichts kann reduziert werden, ohne die Intensität des Ausgangslichts zu verringern.
Außerdem ist es bevorzugt, wenn die Öffnung einen Flächeninhalt A1 und die metallische Reflektionsfläche einen Flächeninhalt A2 aufweisen, dass die Flächeninhalte der Beziehung 0,04 A1 ≤ A2 ≤ 3,24 A1 genügen, vorzugsweise der Beziehung 0,36 A1 ≤ A2 ≤ 1,96 A1. Gemäß solch einer Struktur kann die Beibehaltung der Ausgangslicht-Intensität und die Unterdrückung von Seitenlicht miteinander kompatibel gemacht werden, und die Intensität des Seitenlichts kann reduziert werden, ohne die Intensität des Ausgangslichts zu verringern.
Darüber hinaus ist es zweckmäßig, wenn die oberseitige Elektrode, in dem durch die Mitte der lokal in der oberseitigen Elektrode gebildeten Öffnung gehenden Querschnitt, einen Abstand L3 zwischen einer Außenkante und einer anderen Außenkante aufweist, dass dieser einer Beziehung L2 ≤ 0,9 L3. genügt. Gemäß solch einer Struktur kann die Unterdrückung von Seitenlicht effektiver erreicht werden.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Aufsicht zur Erläuterung eines Beispiels einer Punktlichtquellen-LED, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird.
2 ist ein vertikales Querschnittsdiagramm zur schematischen Erläuterung einer Multilayer-Struktur von Punktlichtquellen-LEDs wie in 1 gezeigt, und dieses Diagramm ist ein Querschnitt aus der Blickrichtung entlang des Pfeils der Linie II-II in 1.
3 ist ein Graph, der eine Lichtausgabe-Charakteristik zeigt, die die Änderung der Lichtausgabe an der Lichtaustrittseite der in 1 gezeigten Punktlichtquellen-LED entlang der durch die Mitte der in der oberseitigen Elektrode gebildeten Öffnung gehenden Y-Achse angibt.
4 ist ein vertikales Querschnittsdiagramm zur schematischen Erläuterung einer Multilayer-Struktur einer Punktlichtquellen-LED, bei welcher eine metallische Reflektionsfläche überall bereitgestellt ist, und dieses Diagramm ist vergleichbar zu dem von 2.
5 ist ein Graph, der eine Lichtausgabe-Charakteristik der in 4 gezeigten Punktlichtquellen-LED zeigt, und dieser Graph ist vergleichbar zu dem von 3.
6 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung jedes der Prozessschritte in einem Herstellungsverfahren für die in 1 gezeigte Punktlichtquellen-LED.
7 beinhaltet Diagramme, die Multilayer-Stadien zeigen, die jeweils gemäß den Herstellungs-Prozessschritten von 6 erreicht werden, worin (a) eine Multilayer-Struktur eines Zwischenprodukts zeigt, nach dem Kristallwachstumsprozessschritt P1, (b) eine Multilayer-Struktur eines anderen Zwischenprodukts zeigt, nach dem Dielektrikum-Bildungs-Prozessschritt P2, dem Intermediär-Elektroden-Bildungs-Prozessschritt P3, dem Metallschicht-Bildungs-Prozessschritt P4 und dem Diffusionsbarriereschicht-Bildungs-Prozessschritt P5, (c) noch ein weiteres Zwischenprodukt zeigt, nach dem Halterungssubstrat-Bonding-Prozessschritt P6 und dem Aufwachssubstrat-Separations-Prozessschritt P7, und (d) zeigt eine Multilayer-Struktur des Produkts nach dem Bildungs-Prozessschritt P8 für die Strom-verengende Struktur und dem Elektrodenbildung-Prozessschritt P9.
8 ist ein vertikales Querschnittsdiagramm zur schematischen Erläuterung der Multilayer-Struktur einer Punktlichtquellen-LED gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und dieses Diagramm ist vergleichbar zu dem in 2.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die in den nachfolgenden Ausführungsformen in Bezug genommenen Zeichnungen sind nach Bedarf vereinfacht oder deformiert, und einzelne Bereiche darin sind nicht in allen Fällen genau in Bezug auf die Verhältnisse zwischen ihren Dimensionen, ihre Gestalt und so fort.
Ausführungsform 1
1 ist eine Aufsicht zur Erläuterung eines Licht-emittierenden Halbleiterbauteils vom Oberflächenemissions-Typ, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wurde, das heißt, eine Punktlichtquellen-LED 10. Auch ist 2 ein Diagramm zur Erläuterung eines vertikalen Querschnitts, der durch den Mittelpunkt CP der Öffnung 12 geht, die in der oberseitigen Elektrode 16 der Punktlichtquellen-LED 10 geht, und dieses Diagramm ist ein Querschnitt, gesehen aus der Richtung entlang des Pfeils der Linie II-II in 1. Die Punktlichtquellen-LED 10 ist ein Chip-förmiger, rechteckiger Körper, auf dessen Oberseite nicht nur eine oberseitige Elektrode 16 mit einer lokal ausgebildeten, nahezu quadratischen Öffnung 12 und eine lokal ausgebildete Bond-Fläche 14 gebildet sind, sondern auch eine Lichtaustritts-Fläche 17 angeordnet ist, die von der Öffnung 12 umrahmt wird. Die oberseitige Elektrode 16 ist beispielsweise durch Gasphasenabscheidung oder Sputtern aufgebracht. Die oberseitige Elektrode 16 ist beispielsweise aus einer eutektischen AuGeNi-Legierung gebildet. Im Inneren der Öffnung 12, die in der oberseitigen Elektrode 16 gebildet ist, wird ein leitendes Gitter 18 zum Gleichförmig-Machen des Stroms ausgebildet, während der größtmögliche Durchtritt von Licht erlaubt wird, wenn es mit der oberseitigen Elektrode 16 verbunden ist. Die strichpunktierte Linie X in 1 ist parallel zur Richtung der Länge (Langseite) der Punktlichtquellen-LED 10 und tritt durch den Mittelpunkt CP der Öffnung 12, während die strichpunktierte Linie Y parallel zur Richtung der kurzen Seite der Punktlichtquellen-LED 10 ist und auch durch den Mittelpunkt CP der Öffnung tritt 12.
Wie in 2 gezeigt, hat die Punktlichtquellen-LED 10 eine Multilayer-Struktur, die erhalten wird durch Aufeinanderstapeln, in dieser Reihenfolge, eines Halterungssubstrats 20 aus Si und mit einer Dicke von, beispielsweise, etwa einigen Hundert μm; einer metallischen Adhäsionsschicht 22, die ein Metall (Lot) mit einem niedrigen Schmelzpunkt, wie Au-In, Pb-Sn, In-Sn, oder Au-Sn enthält; eine Diffusionsbarriere-Schicht 24, die beispielsweise Titan enthält; eine Metallschicht 26, die beispielsweise Ag, Al, Au, Pt oder eine eines dieser Metalle enthaltende Legierung enthält (z. B. AuZn); eine dielektrische Schicht 30, die beispielsweise ein nicht-leitendes Material wie SiO₂ enthält und mehrere intermediäre Elektroden 28 umfasst, die beispielsweise AuZn, AuBe oder ITO enthalten und durch die dielektrische Schicht hindurchtreten; eine erste Kontaktschicht 32, die beispielsweise einen p-Typ-Halbleiter wie p-GaP enthält und eine Dicke von der Größenordnung 4 μm aufweist; eine untere Clad-Schicht 34, die beispielsweise einen p-Typ-Halbleiter wie p-Al_0.53In_0.47P enthält und eine Dicke von der Größenordnung 0.5 μm aufweist; eine aktive Schicht 36, die einen Multiple-Quantum-Well aus, beispielsweise, einem Multilayer-Körper aus Ga_0.51In_0.49P-(Al_0.5Ga_0.5)_0.51In_0.49P beinhaltet; eine obere Clad-Schicht 38, die beispielsweise einen n-Typ-Halbleiter wie n-Al_0.53In_0.47P enthält und eine Dicke der Größenordnung 0.5 μm aufweist; eine Blockier-Schicht 40, die beispielsweise einen n-Typ-Halbleiter wie n-(Al_0.5Ga_0.5)_0.51In_0.49P enthält und eine Dicke der Größenordnung 2 μm aufweist; eine zweite Kontaktschicht 42, die beispielsweise einen n-Typ-Halbleiter wie n-GaAs enthält und eine Dicke der Größenordnung 50 nm aufweist; und eine oberseitige Elektrode 16, in welcher die Diffusionsbarriereschicht 24, die Metallschicht 26 und die dielektrische Schicht 30 eingemustert sind, so dass sie lokal an der Stelle angeordnet sind, die der in der oberseitigen Elektrode 16 gebildeten Öffnung 12 entspricht, wenn sie aufeinandergestapelt werden.
An der Unterseite des Halterungssubstrats 20 ist, beispielsweise durch Gasphasenabscheidung oder Sputtern, eine unterseitige Elektrode 46 befestigt, die eine laminierte Struktur aus, beispielsweise, Ti und Au aufweist. Beim Bilden der oberseitigen Elektrode 16 und der unterseitigen Elektrode 46 können Metallmaterialien wie Edelmetalle oder Edelmetall-Legierungen verwendet werden, welche stabil gegenüber beispielsweise einem Ätzvorgang sind, der Bestandteil des Herstellungsprozesses der Punktlichtquellen-LED 10 ist. In die Punktlichtquellen-LED 10 ist eine Strom-blockierende Region 44 eingebracht, die den Durchtritt von Strom blockiert, und zwar durch Implantieren beispielsweise von Wasserstoffionen (H⁺), die sich von unterhalb der oberseitigen Elektrode 16 bis hinunter zur oberen Clad-Schicht 38 erstreckt, um den Widerstand signifikant zu erhöhen. Diese Strom-blockierende Region 44 hat die Funktion einer Verengung des Stromflusses, der auf dem Weg des Stroms von der oberseitigen Elektrode 16 zur an der Unterseite des Halterungssubstrats 20 befestigten unterseitigen Elektrode 46 durch die aktive Schicht 36 tritt, und einer Konzentration des Stromflusses in eine Region der aktiven Schicht 36, insbesondere einer Region, die einem Gebiet direkt unterhalb der Öffnung 12 entspricht, wodurch die aktive Schicht 36 veranlasst wird, Licht lokal aus dieser Region zu emittieren. Dementsprechend weist die Punktlichtquellen-LED 10 eine Strom-verengende Funktion auf, die eine lokalisierte Emission von Licht aus der aktiven Schicht 36 gestattet, durch Konzentration des Stromflusses in die Region direkt unterhalb des Lichtaustrittsfläche 17 mit einem Durchmesser von, beispielsweise, etwa 150 μm.
In der Punktlichtquellen-LED 10 ist eine metallische Reflektionsfläche 50 mit einer hohen Reflektivität RR1 an der Seite der Metallschicht 26 zur Seite der dielektrischen Schicht 30 hin gebildet, denn die dielektrische Schicht 30 hemmt das Auftreten einer Reaktion zwischen der Metallschicht 26 und der ersten Kontaktschicht 32, nämlich durch Diffusion oder Legierungsbildung, und zwar verursacht durch Wärme beim Thermokompressions-Bonden des Halterungssubstrats 20, so dass diffuse Reflektion und Lichtabsorption unterdrückt werden. In dieser Hinsicht fungiert die dielektrische Schicht 30 als Legierungsbildung-verhindernde Schicht.
Andererseits tritt aufgrund der Hitze beim Thermokompressions-Bonden des Halterungssubstrats 20 eine Reaktion zwischen der ersten Kontaktschicht 32 und der metallischen Adhäsionsschicht 22 auf, nämlich Diffusion oder Legierungsbildung, und zwar an der Grenzfläche dazwischen, so dass eine Reduktion der Reflektivität und/oder ein Anstieg der Absorptivität eintritt. Im Ergebnis wird eine Lichtreflektions-Reduktionsfläche 52 mit einer kleineren Reflektivität RR2 als der Reflektivität RR1 der metallischen Reflektionsfläche 50 an der Grenzfläche gebildet. Die Legierungsschicht 54 mit der Reflektivität RR2 und um die metallische Reflektionsfläche 50 herum gebildet, ist, obgleich es sich um eine sehr dünne Schicht handelt, in 2 zum erleichterten Verständnis als gestrichelte Linie eingezeichnet. Übrigens kann eine Schicht, die ein Lichtreflektions-Reduktionsmaterial enthält, besonders bereitgestellt werden, um die Lichtreflektions-Reduktionsfläche 52 zu bilden, und zwar derart, dass sie die metallische Reflektionsfläche 50 an der Grenzfläche zwischen der ersten Kontaktschicht 32 und der metallischen Adhäsionsschicht 22 umgibt. Das Material und die Temperatur zur Bildung der Lichtreflektions-Reduktionsfläche 52 sind experimentell vorab bestimmt worden, so dass die Reflektivität RR2 der Lichtreflektions-Reduktionsfläche 52 der Beziehung RR2 ≤ 0,8 RR1 in Bezug auf die Reflektivität RR1 der auf der Metallschicht bereitgestellten metallischen Reflektionsfläche 50 genügt. Außerdem wird die Reflektivität RR1 der metallischen Reflektionsfläche 50 vorzugsweise so abgestimmt, dass sie einer Beziehung RR1 ≥ 70% mit Bezug auf Licht von Wellenlängen genügt, wie sie von der aktiven Schicht emittiert werden.
In einem vertikalen Schnitt, der durch den Mittelpunkt CP der lokal in der der oberseitigen Elektrode 16 gebildeten Öffnung 12 geht, sind wie in 2 dargestellt die dielektrische Schicht 30 und die metallische Reflektionsfläche 50 im selben Muster wie die Öffnung 12 und konzentrisch damit angeordnet. Die metallische Reflektionsfläche 50 ist so ausgebildet, dass ihr Durchmesser L2 einen Wert in einem Bereich hat, der der Beziehung 0,2 L1 ≤ L2 ≤ 1,8 L1 (vorzugsweise 0,6 L1 ≤ L2 ≤ 1,4 L1) in Bezug auf den Durchmesser L1 der Öffnung 12 genügt; so dass, wenn ein Abstand zwischen einer Kante der metallischen Reflektionsfläche 50 und dem Schnittpunkt einer Normalen zu einer Kante der Öffnung 12 und der metallischen Reflektionsschicht 50 als Abstand D genommen wird, der Abstand D der Beziehung 0 ≤ D ≤ 0,4 L1 (vorzugsweise 0 ≤ D ≤ 0,2 L1) in Bezug auf die Dimension L1 der Öffnung 12 in 2 genügt; so dass, wenn ein Flächeninhalt der metallischen Reflektionsfläche 50 als Flächeninhalt A2 und ein Flächeninhalt der Öffnung 12 als Flächeninhalt A1 genommen wird, diese der Beziehung 0,04 A1 ≤ A2 ≤ 3,24 A1 (vorzugsweise 0,36 A1 ≤ A2 ≤ 1,96 A1) genügen; und/oder so dass, wenn ein Abstand zwischen einer Außenkante und der anderen Außenkante der oberseitigen Elektrode 16 als Abstand L3 genommen wird, dieser so abgestimmt wird, dass er der Beziehung L2 ≤ 0,9 L3 in dem Querschnitt genügt, der durch den Mittelpunkt CP der lokal in der oberseitigen Elektrode gebildeten Öffnung 12 geht. Diese Beziehungen wurden experimentell vorab bestimmt, um Kompatibilität zwischen der Beibehaltung der Ausgangslicht-Intensität und der Unterdrückung von Seitenlicht zu erreichen, und um eine weitere Reduktion der Seitenlicht-Intensität zu erreichen, ohne die Ausgangslicht-Intensität zu verringern.
Gemäß der wie oben beschrieben konfigurierten Punktlichtquellen-LED 10 ist eine doppelte Hetero-Struktur durch die obere Clad-Schicht 38, die aktive Schicht 36 und die untere Clad-Schicht 34 gebildet, die durch Kristallwachstum aufeinander gestapelt sind. Wenn ein Forward-Strom zwischen der oberseitigen Elektrode 16 und der unterseitigen Elektrode 46 fließt, wird die aktive Schicht 36 veranlasst, lokal, nämlich in der Lichtemissionsregion P, die sich direkt unterhalb der Öffnung 12, oder entsprechend der Lichtaustrittsfläche 17 befindet, Licht zu emittieren. Lichtstrahlen, die in der Lichtemissionsregion P der aktiven Schicht 36 erzeugt wurden, treten in Richtungen der Oberseite, der Seitenflächen und der Unterseite der Punktlichtquellen-LED 10 aus. Von den Lichtstrahlen, die von der Lichtemissionsregion P der aktiven Schicht 36 in Richtung der Seite der unterseitigen Elektrode 46 ausgesandt werden, werden solche Lichtstrahlen, die von der metallischen Reflektionsfläche 50 in die Richtung der Oberseite reflektiert werden, durch die Lichtaustrittsfläche 17 ausgegeben, zusammen mit Lichtstrahlen, die von der aktiven Schicht 36 in der Richtung der Seite der Öffnung 12 emittiert wurden. Andererseits unterliegen, von den Lichtstrahlen, die von der aktiven Schicht 36 zur Seite der unterseitigen Elektrode 46 hin emittiert wurden, solche Lichtstrahlen, die die Lichtreflektions-Reduktionsfläche 52 erreichen, die um die metallische Reflektionsfläche 50 herum angeordnet ist, der Absorption oder diffuser Reflektion an der Lichtreflektions-Reduktionsfläche 52, was in einer Intensitäts-Reduktion des reflektierten Lichts resultiert. Die in 2 durch strichpunktierte Linien angedeuteten Pfeile illustrieren diese Lichtstrahlen.
Somit hat die Punktlichtquellen-LED 10 nicht nur eine hohe Lichtausbeute im Vergleich zum Fall einer Bereitstellung eines hoch winkel-abhängigen Multilayer-Reflektionsspiegels (einer DBR-Schicht), sondern weist auch eine ausreichend unterdrückte Seitenlicht-Leckage aus Stirnflächen der Punktlichtquellen-LED 10 in den Regionen auf, die in 1 durch A, B und C angegeben sind. 3 ist ein Graph, der die relative Änderung der Lichtintensitäts-Charakteristik, gemessen entlang der strichpunktierten Linie Y in 1 zeigt. 3 gibt an, dass, wenn die maximale Lichtintensität, gemessen an der Stelle direkt über der Öffnung 12 als 100% genommen wird, die Intensität von aus Stirnflächen der Punktlichtquellen-LED 10 heraustretendem Seitenlicht von der Größenordnung 4% bis 5% in jeder der Regionen A und B ist.
In 4 ist ein Strukturbeispiel einer Punktlichtquellen-LED 100 einer Form dargestellt, bei der die metallische Reflektionsfläche 50 auf einer gesamten Querebene des Dioden-Chips bereitgestellt ist, parallel zur oberseitigen Elektrode 16. Die Punktlichtquellen-LED 100 weicht von der Punktlichtquellen-LED 10 in struktureller Hinsicht darin ab, dass die Diffusionsbarriereschicht 24, die Metallschicht 26 darauf und die zwischen der Metallschicht 26 und der ersten Kontaktschicht 32 anzuordnende dielektrische Schicht 30 aufeinandergestapelt sind, so dass jede Schicht sich über eine gesamte Querebene des Dioden-Chips erstreckt, welche parallel ist zur oberseitigen Elektrode 16; aber die übrigen strukturellen Merkmale sind dieselben.
Gemäß der in der zuvor beschriebenen Weise konfigurierten Punktlichtquellen-LED 100 erstreckt sich die an der Grenzfläche zwischen der Metallschicht 26 und der dielektrischen Schicht 30 angeordnete metallische Reflektionsfläche 50 über eine Querebene des Dioden-Chips, welche parallel ist zur oberseitigen Elektrode 16. Daher, wie durch die strichpunktierten Pfeile auch in 4 angedeutet, haben die Punktlichtquellen-LEDs 10 und 100 eine Gemeinsamkeit insofern als, von den aus der Lichtemissionsregion P der aktiven Schicht 36 in der Richtung der unterseitigen Elektrode 46 emittierten Lichtstrahlen einige Lichtstrahlen von der metallischen Reflektionsfläche 50 in die Richtung der Oberseite reflektiert und durch die Lichtaustrittfläche 17 abgestrahlt werden, zusammen mit Lichtstrahlen, die von der aktiven Schicht 36 in der Richtung der Seite der Öffnung emittiert wurden. Bei der Punktlichtquellen-LED 100 werden jedoch alle von der aktiven Schicht 36 zur Seite der unterseitigen Elektrode 46 hin emittierten Lichtstrahlen, und die die Metallschicht 26 erreichen, von der metallischen Reflektionsfläche 50 reflektiert, und ein Teil davon leckt aus den Stirnflächen der Punktlichtquellen-LED 100, sodass die Intensität von Seitenlicht relativ hoch wird. 5 ist ein Graph, der die relative Änderungs-Charakteristik von entlang der strichpunktierten Linie Y in 4 gemessenen Lichtintensitäten zeigt. 4 deutet an, dass, wenn die maximale, an der Stelle direkt über der Öffnung 12 gemessene Lichtintensität als 100% genommen wird, die Intensität von aus den Stirnflächen der Punktlichtquellen-LED 100 herausleckendem Seitenlicht einen relativ hohen Wert von der Größenordnung 20% in jeder der Regionen A und B annimmt.
6 ist ein Flussdiagramm, das die hauptsächlichen Prozessschritte eines Beispiels eines Herstellungsverfahrens der Punktlichtquellen-LED 10 zeigt, und 7 beinhaltet Diagramme, die die Multilayer-Stadien von im Verlauf des Herstellungsverfahrens jeweils erhaltenen Zwischenprodukten zeigen. In dem Kristallwachstumsschritt P1 von 6 werden eine Ätz-Stopp-Schicht 56, die einen Verbindungshalbleiter wie Ga_0.51In_0.49P enthält und eine Dicke von der Größenordnung 0.2 μm aufweist; eine zweite Kontaktschicht 42; eine Blockierschicht 40; eine obere Clad-Schicht 38; eine aktive Schicht 36; eine untere Clad-Schicht 34; und eine erste Kontaktschicht 32 in dieser Reihenfolge durch epitaxiales Aufwachsen auf einem Aufwachssubstrat 60 hergestellt, bevor sie geschnitten und geteilt werden, nämlich insbesondere auf einem Halbleiter-Wafer aus einkristallinem GaAs, durch Anwenden eines MOCVD-(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, Metallorganische Gasphasenabscheidung) oder eines MBE-(Molecular Beam Epitaxial, Molekularstrahl-Epitaxial-)Verfahrens. (a) von 7 zeigt das oben erwähnte Stadium.
Im nächsten Schritt, einem Bildungsprozessschritt der dielektrischen Schicht P2, wurde ein dielektrisches Material, einschließlich beispielsweise SiO₂, durch Anwenden von Elektronenstrahl-Abscheidung, Sputtern oder einem Plasma-CVD-Verfahren auf der gesamten Oberfläche der Seite der ersten Kontaktschicht 32 zum Halterungssubstrat 20 hin aufgebracht, und das so aufgebrachte dielektrische Material wird durch Anwenden einer photolithographischen Technik Mustern (Ätzen) unterworfen, um einen der Öffnung 12 entsprechenden Teil freizulegen, wodurch lokal eine dielektrische Schicht 30 verbleibt. Alternativ kann das dielektrische Material einschließlich SiO₂ durch Anwenden gepufferter Fluorwasserstoffsäure gemustert werden. In dem nachfolgenden Bildungs-Prozessschritt für die intermediäre Elektrode P3 wird wenigstens eine intermediäre Elektrode 28 durch eine photolithographische Technik gebildet. Insbesondere wird die intermediäre Elektrode 28 lokal beispielsweise hergestellt durch: Bereitstellen einer Resist-Schicht auf der dielektrischen Schicht 30 nur in dem Bereich, der einer Öffnung entspricht, aus der in der aktiven Schicht erzeugtes Licht austreten soll; Ausführen von Gasphasenabscheidung oder Sputtern eines Materials der intermediären Elektrode wie AuBe oder AuZn; und dann Entfernen der Resist-Schicht. In dem nachfolgenden Bildungs-Prozessschritt für die Metallschicht P4 wird eine Metallschicht 26 durch eine photolithographische Technik gebildet. Insbesondere wird die Metallschicht 26 lokal beispielsweise hergestellt durch: Bereitstellen einer Resist-Schicht in einem anderen Bereich als dem, der der Öffnung 12 entspricht; Ausführen von Widerstands-Heizen, Elektronenstrahl-Gasphasen-Abscheiden oder Sputtern eines Metallmaterials wie Ag, Al, Au, Pt oder einer Legierung, die eines davon enthält; und dann Entfernen der Resist-Schicht. In dem nachfolgenden Bildungs-Prozessschritt für die Diffusionsbarriereschicht P5 wird eine Diffusionsbarriereschicht 24 durch Anwenden einer photolithographischen Technik gebildet. Insbesondere wird die Diffusionsbarriereschicht 24 lokal beispielsweise gebildet durch: Bereitstellen einer Resist-Schicht in einem anderen Bereich als dem der Metallschicht 26; Ausführen von Widerstands-Heizen, Elektronenstrahl-Gasphasen-Abscheiden oder Sputtern eines Diffusionsbarrierenmaterials wie Ti; und dann Entfernen der Resist-Schicht. Anschließend wird eine metallische Adhäsionsschicht 22 gebildet.
Bei dem Halterungssubstrat-Bonding-Prozessschritt P6 wird, wie in (b) von 7 gezeigt, ein Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt (in (b) von 7 mit ”M” bezeichnet), wie Au-In, Pb-Sn, In-Sn oder Au-Sn, durch Gasphasenabscheidung oder dergleichen nicht nur auf der Fläche der ersten Kontaktschicht 32 zu der Seite hin aufgebracht, wo das Laminat aus der dielektrischen Schicht 30, der Metallschicht 26 und der Diffusionsbarriereschicht 24 gebildet ist und welches an der Seite liegt, die dem Halterungssubstrat 20 zugewandt ist, sondern auch auf der Fläche des Halterungssubstrats 20 an der Seite, die der aktiven Schicht 36 zugewandt ist. Dann wird die Fläche des Wafer-förmigen Halterungssubstrats 20, die auf der Seite der aktiven Schicht 36 liegt, gegen die Fläche der ersten Kontaktschicht 32 gepresst, die auf der Seite des Halterungssubstrats liegt, und Thermokompressions-Bonden unterworfen. In dem nachfolgenden Aufwachssubstrat-Abtrennungs-Prozessschritt P7 werden sowohl das Aufwachssubstrat 60 und die Ätz-Stopp-Schicht 56 entfernt. Beispielsweise wird ein GaAs enthaltendes Aufwachssubstrat mit einer Mischung aus Wasserstoffperoxid und Ammoniaklösung geätzt. Danach wird die InGaP enthaltende Ätz-Stopp-Schicht 56 mit einer Ätzlösung auf Basis von Salzsäure geätzt. (c) von 7 zeigt das resultierende Stadium.
In dem nachfolgenden Bildungs-Prozessschritt für die Strom-verengende Struktur P8 wird eine Strom-blockierende Region 44 gebildet, die eine nichtleitende Region mit erheblich höherem Widerstand darstellt, beispielsweise durch H⁺ Ionenimplantation in eine Region, die sich direkt unterhalb der oberseitigen Elektrode 16 befindet, die nicht die Lichtaustrittfläche 17 beinhaltet, und die sich von der Oberfläche der zweiten Kontaktschicht 42 bis hinunter zu einer inneren Ebene der oberen Clad-Schicht 38 erstreckt, die wenigstens auf der Hälfte der Strecke in der Dickenrichtung liegt. Die Strom-blockierende Region 44 kann in einer Region gebildet werden, die sich in der Dickenrichtung von nahe der ersten Kontaktschicht 32 bis hoch zur zweiten Kontaktschicht 42 erstreckt. In dem Elektroden-Bildungs-Prozessschritt P9 wird eine oberseitige Elektrode 16 durch Gasphasenabscheidung oder Sputtern auf der Oberseite der zweiten Kontaktschicht 42 gebildet, nämlich der Oberseite der Punktlichtquellen-LED 10. Außerdem wir die Rück-(Boden-)seite der Punktlichtquellen-LED 10 bis zur Spiegelqualität poliert, und auf der spiegelnden Fläche wird eine unterseitige Elektrode 46 durch Widerstandsheizen, Elektronenstrahl-Gasphasen-abscheidung oder Sputtern gebildet. Dann wird der Wafer in einzelne Stücke der Punktlichtquellen-LED 10 geteilt. (d) von 7 zeigt das oben erwähnte Stadium. Somit wird die in den 1 und 2 gezeigte Punktlichtquellen-LED 10 gebildet.
Gemäß der in dieser Ausführungsform gebildeten Punktlichtquellen-LED 10 ist die metallische Reflektionsfläche 50, wie oben beschrieben, in einem lokalisierten Bereich der Metallschicht 26 gebildet, nämlich dem Bereich, der der in der oberseitigen Elektrode 16 gebildeten Öffnung 12 entspricht, und welche in der aktiven Schicht 36 erzeugtes Licht zur Seite der Öffnung 12 hin reflektiert. Um die metallische Reflektionsfläche 50 herum ist die Lichtreflektions-Reduktionsfläche 52 angeordnet, die eine geringere Reflektivität als die metallische Reflektionsfläche 50 aufweist. In dieser Situation wird ein Teil der Lichtstrahlen, die sich von einem Bereich der aktiven Schicht 36 zur Seite des Halterungssubstrats 20 hin ausbreiten, von der metallischen Reflektionsfläche 50 reflektiert, und ein anderer Teil der Lichtstrahlen wird von der Lichtreflektions-Reduktionsschicht 52 absorbiert, ohne einer Reflektion zu unterliegen. Somit wird aus den Stirnflächen der Chip-förmigen Punktlichtquellen-LED 10 austretendes Seitenlicht hinreichend unterdrückt.
Außerdem beinhaltet, gemäß der in dieser Ausführungsform gebildeten Punktlichtquellen-LED 10, die p-Typ-Halbleiterschicht (die Schicht vom ersten Leitungs-Typ) die erste Kontaktschicht 32, und die dielektrische Schicht 30, die mit einem Bereich der ersten Kontaktschicht 32 in Kontakt gebracht wird, ist auf der Metallschicht 26 bereitgestellt. In dieser Situation wird eine Reaktion zwischen der Metallschicht 26 und der ersten Kontaktschicht 32, nämlich Diffusion oder Legierungsbildung, in einem Bereich der mit der dielektrischen Schicht 30 bedeckten Grenzschicht der Metallschicht gehemmt, die mit einem Bereich der ersten Kontaktschicht 32 in Kontakt steht, und daher werden diffuse Reflektion und Lichtabsorption verhindert. Somit wird eine metallische Reflektionsfläche 50 hoher Reflektivität lokal an der der aktiven Schicht zugewandten Oberfläche der Metallschicht 26 gebildet.
Ferner wird, gemäß der in dieser Ausführungsform gebildeten Punktlichtquellen-LED 10, die dielektrische Schicht 30 lokal unterhalb jenes Bereichs der ersten Kontaktschicht 32 gebildet, der der Öffnung 12 entspricht. In dieser Situation wird in jenem Bereich der oberen Oberfläche der Metallschicht 26, der der Öffnung 12 entspricht, eine Reaktion zwischen der Metallschicht 26 und der ersten Kontaktschicht 32, nämlich Diffusion oder Legierungsbildung, gehemmt, und daher werden diffuse Reflektion und Lichtabsorption verhindert. Somit wird eine metallische Reflektionsfläche 50 mit hoher Reflektivität lokal an jener Oberfläche der Metallschicht 26 gebildet, die zur Seite der aktiven Schicht 36 weist.
Weiterhin wird, gemäß der in dieser Ausführungsform gebildeten Punktlichtquellen-LED 10, eine Mehrzahl von intermediären Elektroden 28 für die elektrische Kontinuität zwischen der ersten Kontaktschicht 32 und der Metallschicht 26 derart bereitgestellt, dass sie die dielektrische Schicht 30 durchsetzen. In dieser Situation wird elektrischer Strom, der zwischen der oberseitigen Elektrode 16 und der Mehrzahl der intermediären Elektroden 28 fließt, in die die dielektrische Schicht durchsetzenden intermediären Elektroden 28 fließen, die in dem Bereich bereitgestellt sind, der der lokal in der oberseitigen Elektrode 16 gebildeten Öffnung 12 entspricht, und daher unterliegt der elektrische Strom keiner Diffusion und ist in jener Region der aktiven Schicht 36 zentralisiert, die dem Gebiet direkt unterhalb der in der oberseitigen Elektrode 16 gebildeten Öffnung 12 entspricht. Als Resultat dessen wird die aktive Schicht 36 angeregt, Licht lokal in der Region P zu emittieren, die dem Gebiet direkt unterhalb der in der oberseitigen Elektrode 16 gebildeten Öffnung 12 entspricht. Somit kann eine weitere Unterdrückung von Seitenlicht erreicht werden.
Außerdem wird, gemäß der in dieser Ausführungsform gebildeten Punktlichtquellen-LED 10, die Metallschicht 26 derart gebildet, dass sie lokal dasselbe Muster bildet wie die dielektrische Schicht 30, wenn sie mit der dielektrischen Schicht 30 unterhalb der ersten Kontaktschicht 32 zusammengefügt wird. In dieser Situation müssen zumindest die dielektrische Schicht 30 und die Metallschicht 26 als Muster gebildet werden. Wenn andererseits die Metallschicht so gebildet wird, dass sie überall unterhalb der ersten Kontaktschicht angeordnet ist, braucht nur die dielektrische Schicht als Muster gebildet zu werden. In diesem Fall, wenn also die Metallschicht überall unterhalb der Kontaktschicht liegt, via die lokalisierte dielektrische Schicht, tritt an der Grenzfläche zwischen der ersten Kontaktschicht 32 und der Metallschicht 26 infolge der Temperatur beim Thermokompressions-Bonden Legierungsbildung auf, was in der Bildung einer Lichtreflektions-Reduktionsfläche 52 mit reduzierter Reflektivität und/oder erhöhter Absorptivität resultiert.
Ferner wird, gemäß der in dieser Ausführungsform gebildeten Punktlichtquellen-LED 10, das Halterungssubstrat 20 durch Thermokompression über die metallische, ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt enthaltende Adhäsionsschicht 22 an die erste Kontaktschicht 32 gebondet, und außerdem wird die Diffusionsbarriereschicht 24 so angeordnet, dass sie die metallische Adhäsionsschicht 22 und die Metallschicht 26 trennt. In dieser Situation kann eine Reaktion zwischen der metallischen Adhäsionsschicht 22 und der Metallschicht 26 bei der Temperatur, bei der die metallische Adhäsionsschicht 22 beim Thermokompressions-Bonden schmilzt, verhindert werden.
Ferner hat, gemäß der in dieser Ausführungsform gebildeten Punktlichtquellen-LED 10, in einem durch den Mittelpunkt CP der lokal in der oberseitigen Elektrode 16 gebildeten Öffnung 12 gehenden Längsschnitt, wie er in 2 gezeigt ist, der Durchmesser L2 der metallischen Reflektionsfläche 50 eine Dimension, die in Bezug auf den Durchmesser L1 der Öffnung 12 der Beziehung 0,2 Li ≤ L2 ≤ 1,8 L1 (vorzugsweise der Beziehung 0,6 L1 ≤ L2 ≤ 1,4 L1) genügt. In dieser Situation ist es ermöglicht, die Beibehaltung der ausgegebenen Lichtintensität und die Unterdrückung von Seitenlicht miteinander kompatibel zu machen, und die Reduktion der Intensität des Seitenlicht kann erreicht werden, ohne die Intensität des ausgegebenen Lichts zu verringern.
Außerdem wird, gemäß der in dieser Ausführungsform gebildeten Punktlichtquellen-LED 10, die Reflektivität RR2 der Lichtreflektions-Reduktionsfläche 52 so angepasst, dass sie in Bezug auf die Reflektivität RR1 der auf der Metallschicht 26 bereitgestellten metallischen Reflektionsfläche 50 der Beziehung RR2 ≤ 0,8 RR1 genügt. In dieser Situation ist es ermöglicht, die Beibehaltung der ausgegebenen Lichtintensität und die Unterdrückung von Seitenlicht miteinander kompatibel zu machen, und die Reduktion der Intensität des Seitenlicht kann erreicht werden, ohne die Intensität des ausgegebenen Lichts zu verringern.
Ferner wird, gemäß der in dieser Ausführungsform gebildeten Punktlichtquellen-LED 10, in dem durch den Mittelpunkt CP der Öffnung 12 gehenden Längsschnitt, wie er in 2 gezeigt ist, ein Abstand D, der als Abstand zwischen einer Kante der metallischen Reflektionsfläche 50 und einem Schnittpunkt der Normalen zu einer Kante der Öffnung 12 mit der metallischen Reflektionsfläche 50 genommen wird, so angepasst, dass er in Bezug auf den Durchmesser der Öffnung 12 der Beziehung 0 ≤ D ≤ 0,4 L1 (vorzugsweise der Beziehung 0 ≤ D ≤ 0,2 L1) genügt. In dieser Situation ist es ermöglicht, die Beibehaltung der ausgegebenen Lichtintensität und die Unterdrückung von Seitenlicht miteinander kompatibel zu machen, und die Reduktion der Intensität des Seitenlicht kann erreicht werden, ohne die Intensität des ausgegebenen Lichts zu verringern.
Weiterhin genügen, in der in dieser Ausführungsform gebildeten Punktlichtquellen-LED 10, wenn der Flächeninhalt der metallischen Reflektionsfläche 50 als A2 und der der Öffnung 12 als A1 genommen werden, diese der Beziehung 0,04 A1 ≤ A2 ≤ 3,24 A1 (vorzugsweise der Beziehung 0,36 A1 ≤ A2 ≤ 1,96 A1). In dieser Situation ist es ermöglicht, die Beibehaltung der ausgegebenen Lichtintensität und die Unterdrückung von Seitenlicht miteinander kompatibel zu machen, und die Reduktion der Intensität des Seitenlichts kann erreicht werden, ohne die Intensität des ausgegebenen Lichts zu verringern.
Außerdem wird, in der gemäß dieser Ausführungsform gebildeten Punktlichtquellen-LED 10, der Abstand L3 zwischen einer Außenkante und der anderen Außenkante der oberseitigen Elektrode 16 so angepasst, dass er in einem durch die Mitte der lokal in der oberseitigen Elektrode 16 gebildeten Öffnung 12 gehenden Querschnitt der Beziehung L2 ≤ 0,9 L3 genügt. In dieser Situation kann Seitenlicht effektiver unterdrückt werden.
Ausführungsform 2
In 8 ist ein Strukturbeispiel einer Punktlichtquellen-LED 70 gezeigt, bei welchem die dielektrische Schicht 30 in derselben Weise wie bei der Punktlichtquellen-LED 10 lokal an dem der Öffnung 12 entsprechenden Platz bereitgestellt ist, aber die Metallschicht 26 und die Diffusionsbarriereschicht 24 beide jeweils über eine gesamte Querebene des Dioden-Chip, und parallel zur oberseitigen Elektrode 16 bereitgestellt sind. In der Punktlichtquellen-LED 70 grenzen die Metallschicht 26 und die erste Kontaktschicht 32 um die dielektrische Schicht 30 herum unmittelbar aneinander, und reagieren miteinander aufgrund der Hitze beim Thermokompressions-Bonden des Halterungssubstrats 20, wodurch eine Lichtreflektions-Reduktionsfläche 52 gebildet wird. Somit kann die Punktlichtquellen-LED 70 gemäß dieser Ausführungsform dieselben betriebsmäßigen Vorteile erreichen wie die Punktlichtquellen-LED 10.
Im Obigen wurden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail auf der Grundlage der Zeichnungen erläutert, und die vorliegende Erfindung ist auch in anderer Hinsicht anwendbar.
Beispielsweise weist die aktive Schicht 36 jeder der Punktlichtquellen-LEDs 10 und 70 der vorstehenden Ausführungsformen eine Multiple-quantum-well-Struktur auf AlInGaP-Basis auf, gebildet aus einem mehrschichtigen Ga_0.51In_0.49P-(Al_0.5Ga_0.5)_0.51In_0.49P-Körper, aber in der aktiven Schicht 36 kann beispielsweise ein Halbleiter auf GaAs-Basis oder auf GaP-Basis verwendet werden.
Jede der Punktlichtquellen-LEDs 10 und 70 kann beispielsweise eine Struktur aufweisen mit einer zweiten Kontaktschicht 42 enthaltend Si-GaAs oder Te-GaAs; eine obere Clad-Schicht 38 enthaltend Si-Al_xIn_1-xP oder Te-Al_xIn_1-xP (mit 0,47 ≤ x ≤ 0,53); eine aktive Schicht 36 enthaltend eine Barriereschicht enthaltend (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP (mit 0,47 ≤ x ≤ 0,53, 0,47 ≤ y ≤ 0,53) und eine Quantum-well-Schicht enthaltend (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP (mit 0 ≤ x ≤ 0.05, 0.47 ≤ y ≤ 0.53); eine untere Clad-Schicht 34 enthaltend Zn-Al_xIn_1-xP, Mg-Al_xIn_1-xP oder C-Al_xIn_1-xP (mit 0.47 ≤ x ≤ 0.53); und eine erste Kontaktschicht 32 enthaltend Mg-GaP oder C-GaP.
Außerdem kann jede der Punktlichtquellen-LEDs 10 und 70 wenigstens eine der folgenden Schichten aufweisen: eine dielektrische Schicht 30 enthaltend SiN_x, Al₂O₃, TiO₂ oder Ta₂O₃; eine intermediäre Elektrodenschicht 28 enthaltend AuZn, AuBe oder ITO; eine Diffusionsbarriereschicht 24 enthaltend Pt, Ni, Cr oder W; und/oder eine Halterungssubstrat 20 enthaltend SiC, Cu, Mo, Al₂O₃ oder SiO₂.
Ferner weisen die aktiven Schichten 36 jeder der in den vorstehenden Ausführungsformen gebildeten Punktlichtquellen-LEDs 10 und 70 eine Multiple-quantum-well-Struktur auf, aber die aktive Schicht 36 braucht nicht unbedingt solch eine Struktur auszuweisen, und kann auch eine Single-layer-quantum-well-Struktur oder eine herkömmliche pn-junction-Struktur aufweisen.
Außerdem weist jede der gemäß den vorstehenden Ausführungsformen gebildeten Punktlichtquellen-LEDs 10 und 70 mehrere intermediäre Elektroden 28 auf, die die dielektrische Schicht 30 durchsetzen, aber es kann auch nur eine intermediäre Elektrode 28 bereitgestellt sein. Es ist lediglich wesentlich, dass wenigstens eine intermediäre Elektrode 28 in der dielektrischen Schicht 30 bereitgestellt ist.
Ferner weist jede der in den vorstehende Ausführungsformen gebildeten Punktlichtquellen-LEDs 10 und 70 in der Aufsicht eine rechteckige Form auf, aber sie kann auch eine andere Form, wie eine quadratische Form, aufweisen. Außerdem ist die Öffnung 12 in jeder der vorstehenden Ausführungsformen von nahezu quadratischer Form, aber sie kann auch kreisförmig oder dergleichen sein.
Weiterhin kann, zum Zweck der Erhöhung der Lichtausbeute, die Lichtaustrittsfläche 17 jeder der in den vorstehenden Ausführungsformen gebildeten Punktlichtquellen-LEDs 10 und 70, je nach Bedarf, mit vielen nadelförmigen, steilen Mikrospitzen hinreichend großer Höhe von der Größenordnung 0,4 bis 1,0 μm und hohem Aspektverhältnis gebildet sein, durch Unterziehen einer Aufrauungsbehandlung (Texturieren) mittels nassem oder Gasphasen-Ätzen. Außerdem kann die Lichtaustrittsfläche 17 jeder der Punktlichtquellen-LEDs 10 und 70 mit einem Antireflektions-Film zum Zweck der Verhinderung der Lichtreflektion versehen sein.
Außerdem weist jeder der in den vorstehenden Ausführungsformen gebildeten Punktlichtquellen-LEDs 10 und 70 die durch die Strom-blockierende Region 44 gebildete Strom-verengende Struktur auf, die durch Ionenimplantation in eine Region direkt unterhalb der oberseitigen Elektrode 16 gebildet wird, ausgenommen eine Region direkt unterhalb der Öffnung 12. Jedoch kann sie eine durch die Strom-blockierende Region 44 gebildete Strom-verengende Struktur aufweisen, die durch Diffusion von Verunreinigungen in eine Region direkt unterhalb der oberseitigen Elektrode 16, ausgenommen die Region direkt unterhalb der Öffnung 12 gebildet wird, oder eine Strom-verengende Struktur, die durch Entfernen der Strom-blockierenden Region 44 mittels Mesa-Ätzen gebildet wird.
Im Übrigen sind die vorstehenden Beispiele lediglich einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, und die Erfindung kann vom Fachmann gemäß den Ausführungsformen mit diversen Änderungen und Modifikationen ausgeführt werden.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-044284 , eingereicht am 6. März 2014, und deren Inhalte werden hiermit durch Inbezugnahme eingeschlossen.
Bezugszeichenliste

10, 70, 100: Punktlichtquellen-LED
12: Öffnung
16: oberseitige Elektrode
20: Halterungssubstrat
22: metallische Adhäsionsschicht
24: Diffusionsbarrierenschicht
26: Metallschicht
28: Intermediäre Elektrode
30: dielektrische Schicht
32: erste Kontaktschicht
36: aktive Schicht
44: Strom-blockierende Schicht (Strom-verengende Struktur)
50: metallische Reflektionsfläche
52: Licht-reflektierende Reduktionsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2006-148059 A [0002]
JP 2014-044284 [0064]

Claims

Punktlichtquellen-LED mit einem Halterungssubstrat, einer Metallschicht, einer Schicht eines ersten Leitungstyps, einer aktiven Schicht, einer Schicht eines zweiten Leitungs-Typs mit einer Strom-verengenden Struktur, und einer Oberseiten-Elektrode mit einer Öffnung, in dieser Reihenfolge, wobei die Metallschicht lokal in einem Bereich bereitgestellt ist, welcher der Öffnung entspricht, und eine metallische Reflektionsfläche aufweist, durch die in der aktiven Schicht erzeugtes Licht zur Seite der Öffnung hin reflektiert wird, und die Punktlichtquellen-LED ferner eine Licht-reflektierende Reduktionsfläche mit geringerer Reflektivität und/oder höherer Absorptivität als die metallische Reflektionsfläche aufweist, die um die metallische Reflektionsfläche herum bereitgestellt ist.
Punktlichtquellen-LED gemäß Anspruch 1, wobei die Schicht des ersten Leitungs-Typs eine erste Kontaktschicht aufweist, und die Punktlichtquellen-LED eine dielektrische Schicht aufweist, die in Kontakt mit einem Teil der ersten Kontaktschicht steht und auf der Metallschicht bereitgestellt ist.
Punktlichtquellen-LED gemäß Anspruch 2, wobei die dielektrische Schicht lokal in einem Bereich der ersten Kontaktschicht bereitgestellt ist, der der Öffnung entspricht.
Punktlichtquellen-LED gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Punktlichtquellen-LED ferner, im Inneren der dielektrischen Schicht, wenigstens eine intermediäre Elektrode aufweist, die derart bereitgestellt ist, dass sie durch die dielektrische Schicht hindurchgeht, um elektrische Kontinuität zwischen der ersten Kontaktschicht und der Metallschicht bereitzustellen.
Punktlichtquellen-LED gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Metallschicht lokal beim Zusammenfügen mit der dielektrischen Schicht im selben Muster wie die dielektrische Schicht auf die erste Kontaktschicht, oder überall auf die erste Kontaktschicht geschichtet wird.
Punktlichtquellen-LED gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Halterungssubstrat durch Thermokompression über eine metallische, ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt enthaltende Adhäsionsschicht an die erste Kontaktschicht gebondet ist, und die Punktlichtquellen-LED ferner eine Diffusionsbarrierenschicht umfasst, die die metallische Adhäsionsschicht und die Metallschicht voneinander trennt.
Punktlichtquellen-LED gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in einem Querschnitt, der durch die Mitte der lokal in der oberseitigen Elektrode gebildeten Öffnung geht, die metallische Reflektionsfläche einen Durchmesser L2 und die Öffnung einen Durchmesser L1 aufweist, welche Durchmesser der Beziehung 0,2 L1 ≤ L2 ≤ 1,8 L1 genügen.
Punktlichtquellen-LED gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Licht-reflektierende Reduktionsfläche eine Reflektivität RR2 und die metallische Reflektionsfläche eine Reflektivität RR1 aufweisen, welche Reflektiviäten der Beziehung RR2 ≤ 0,8 RR1 genügen.
Punktlichtquellen-LED gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in einem Querschnitt, der durch die Mitte der Öffnung geht, die metallische Reflektionsfläche einen Abstand D zwischen einer Kante der metallischen Reflektionsfläche und einem Schnittpunkt der Normalen zu einer Kante der Öffnung mit der metallischen Reflektionsfläche aufweist, der einer Beziehung 0 ≤ D ≤ 0,4 L1 genügt.
Punktlichtquellen-LED gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei Die Öffnung eine Fläche A1 und die metallische Reflektionsfläche eine Fläche A2 aufweist, welche Flächen einer Beziehung 0,04 A1 ≤ A2 ≤ 3,24 A1 genügen.
Punktlichtquellen-LED gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die metallische Reflektionsfläche einen Durchmesser L2 und die oberseitige Elektrode, in einem durch die Mitte der lokal in der oberseitigen Elektrode gebildeten Öffnung gehenden Querschnitt, einen Abstand L3 zwischen einer Außenkante und einer anderen Außenkante aufweist, welcher Durchmesser und welcher Abstand der Beziehung L2 ≤ 0,9 L3 genügen.