JP2007019467A - 発光ダイオード、発光ダイオードの製造方法、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイおよび電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光ダイオード構造を形成するn型GaN層11、活性層12およびp型GaN層13に、n型GaN層11の下面に対して角度θ1 傾斜している端面14を形成する。p型GaN層13上にp側電極15を形成する。端面14およびp側電極15の周囲の部分のp型GaN層13の上面を覆うように透明樹脂16を形成し、この透明樹脂16およびp側電極15の全体を覆うように反射膜17を形成する。n型GaN層11の下面にn側電極18を形成する。
【選択図】図1
Description
この発明が解決しようとする他の課題は、上記のような優れた発光ダイオードを用いた発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイおよび電子機器を提供することである。
本発明者らは、微細化に適した構造を有し、光取り出し効率もある程度確保することができるGaN系発光ダイオードとして、図23に示すようなものについて検討を行った。図23に示すように、このGaN系発光ダイオードにおいては、発光ダイオード構造を形成するn型GaN層201、活性層202およびp型GaN層203をドライエッチングすることにより、これらの層の面に対して例えば45度程度傾斜した端面204を形成するとともに、p型GaN層203の上面にp側電極205、n型GaN層201の下面にn側電極206として例えばインジウム−スズ酸化物(ITO)などからなる透明電極を形成する。この場合、活性層202から発生した光を端面204で全反射させてn型GaN層201の下面、すなわち出射面に向かわせることにより光の取り出し効率を高めるようにしている。
一方、図23に示すGaN系発光ダイオードにおいて、n側電極206として用いられるITOなどからなる透明電極は、n型GaN層201と良好なオーミックコンタクトを取ることが困難であるため、n側電極206としては良好なオーミックコンタクトを取ることができる金属を用いることが望ましいが、このような金属は一般に不透明である。n型GaN層201の下面、すなわち光取り出し面にこのように不透明なn側電極206を形成する場合、その形成位置や大きさの検討はこれまで明確な形ではなされていなかったが、本発明者らはこれについても検討を行ってこの発明を案出するに至った。
発光ダイオード構造を形成する半導体層がその主面に対して角度θ1 傾斜している端面を有する発光ダイオードであって、
上記端面の外部に、上記端面に対向し、かつ上記主面に対して上記角度θ1 より小さい角度θ2 傾斜している部分を少なくとも一部に含む反射体を有する
ことを特徴とするものである。
発光ダイオード構造を形成する半導体層がその主面に対して角度θ1 傾斜している端面を有し、上記端面の外部に上記端面に対向し、かつ上記主面に対して上記角度θ1 より小さい角度θ2 傾斜している部分を少なくとも一部に含む反射体を有する発光ダイオードの製造方法であって、
少なくとも上記端面を覆うように、上記半導体層の屈折率より小さい屈折率を有し、かつ上記主面に対して上記角度θ2 傾斜している部分を少なくとも一部に含む斜面を有する透明樹脂を形成し、この透明樹脂上に上記反射体を形成するようにした
ことを特徴とするものである。
第2の発明においては、上記以外のことについては、その性質に反しない限り、第1の発明に関連して説明したことが成立する。
発光ダイオード構造を形成する半導体層がその主面に対して傾斜している端面を有し、上記半導体層は不透明な第1の電極および第2の電極を有する発光ダイオードであって、
上記半導体層の一方の面に上記第2の電極が設けられ、かつ上記半導体層からの光取り出し量が多い光路上を避けて上記第1の電極が設けられている
ことを特徴とするものである。
第3の発明においては、上記以外のことについては、その性質に反しない限り、第1の発明に関連して説明したことが成立する。
また、この発光ダイオードは、後述のような発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイ、電子機器などに用いることができる。
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードバックライトにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
発光ダイオード構造を形成する半導体層がその主面に対して角度θ1 傾斜している端面を有し、
上記端面の外部に、上記端面に対向し、かつ上記主面に対して上記角度θ1 より小さい角度θ2 傾斜している部分を少なくとも一部に含む反射体を有する
ことを特徴とするものである。
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオード照明装置において、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
発光ダイオード構造を形成する半導体層がその主面に対して角度θ1 傾斜している端面を有し、
上記端面の外部に、上記端面に対向し、かつ上記主面に対して上記角度θ1 より小さい角度θ2 傾斜している部分を少なくとも一部に含む反射体を有する
ことを特徴とするものである。
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードディスプレイにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
発光ダイオード構造を形成する半導体層がその主面に対して角度θ1 傾斜している端面を有し、
上記端面の外部に、上記端面に対向し、かつ上記主面に対して上記角度θ1 より小さい角度θ2 傾斜している部分を少なくとも一部に含む反射体を有する
ことを特徴とするものである。
第4〜第6の発明においては、赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードとしては、例えば、窒化物系III−V族化合物半導体を用いたものを用いることができる。赤色発光の発光ダイオードとしては、例えば、AlGaInP系半導体を用いたものを用いることもできる。
一つまたは複数の発光ダイオードを有する電子機器において、
少なくとも一つの上記発光ダイオードが、
発光ダイオード構造を形成する半導体層がその主面に対して角度θ1 傾斜している端面を有し、
上記端面の外部に、上記端面に対向し、かつ上記主面に対して上記角度θ1 より小さい角度θ2 傾斜している部分を少なくとも一部に含む反射体を有する
ことを特徴とするものである。
第4〜第7の発明においては、上記以外のことについては、その性質に反しない限り、第1の発明に関連して説明したことが成立する。
また、第3の発明においては、動作時に半導体層の内部(活性層)で発生した光は、不透明な第1の電極により遮られることなく、外部に取り出すことができる。
まず、この発明の第1の実施形態について説明する。
図1はこの第1の実施形態によるGaN系発光ダイオードを示す。
図1に示すように、このGaN系発光ダイオードにおいては、n型GaN層11、その上の活性層12およびその上のp型GaN層13により発光ダイオード構造が形成されている。これらのn型GaN層11、活性層12およびp型GaN層13は全体として例えば円形の平面形状を有し、その端面(側面)14はn型GaN層11の下面に対して角度θ1 傾斜している。これらのn型GaN層11、活性層12およびp型GaN層13の直径方向の断面形状は台形(θ1 <90度)、長方形(θ1 =90度)または逆台形(θ1 >90度)であり、p型GaN層13上には、例えば円形のp側電極15が形成されている。端面14およびp側電極15の周囲の部分のp型GaN層13の上面を覆うように透明樹脂16が形成されている。そして、この透明樹脂16およびp側電極15の全体を覆うように反射膜17が形成されている。n型GaN層11の下面には、例えば円形のn側電極18が形成されている。
(1)透明樹脂16の斜面16aはn型GaN層11の下面に対して角度θ2 傾斜しており、したがって反射膜17もn型GaN層11の下面に対して角度θ2 傾斜している。ここで、θ2 <θ1 である。これによって、活性層12から発生し、端面14から出射する光は、この反射膜17により反射されて下方に向かい、外部に取り出されやすくなる。
(2)n型GaN層11、活性層12およびp型GaN層13の全体の平均屈折率をn1 としたとき、透明樹脂16の屈折率n2 は空気の屈折率<n2 <n1 となっている。これによって、活性層12から発生し、端面14に入射した光は、端面14の外部の媒質が空気である場合に比べて、この端面14から外部に出射しやすくなり、最終的に外部に取り出されやすくなる。
(3)発光ダイオード構造の最大径、すなわちn型GaN層11の下面の直径をa、全体の厚さ(高さ)をbとしたとき、アスペクト比b/aは0.001〜2、bは0.3〜10μmの範囲内にある。
(4)反射膜17の材料には発光波長の光に対する反射率が極力高いもの、例えばAgやAgを主成分とする金属などを用いる。これによって、端面14やp型GaN層13の上面から外部に出射した光をこの反射膜17により効率よく反射させることができ、最終的に外部に取り出されやすくなる。また、この反射膜17はp側電極15とオーミックコンタクトしており、p側電極15の一部あるいはp側電極15に接続される配線の一部を兼用している。これによって、p側電極15の抵抗の低減を図ることができ、動作電圧の低減を図ることができる。
(5)反射膜17は、図2に示すように、30度≦θ1 ≦90度のときには端面14をこれに垂直な方向に、90度<θ1 ≦150度のときには端面14をこれに垂直な方向を光取り出し面、すなわちn型GaN層11の下面で折り返した方向に、透明樹脂16の斜面16a上に投影した領域を少なくとも含むように形成されている。これによって、活性層12から発生し、端面14から出射する光のほとんどが、この反射膜17により反射されて下方に向かい、外部に取り出されやすくなる。
(6)反射膜17は、端面14の上の透明樹脂16上だけでなく、p型GaN層13の上面の透明樹脂16上およびp側電極15上に形成されている。これによって、活性層12から発生し、端面14から出射する光だけでなく、p型GaN層13の上面から出射する光も、この反射膜17により反射されて下方に向かい、外部に取り出されやすくなる。
(7)θ1 、θ2 は、30度≦θ1 ≦150度かつ、30度≦θ1 ≦90度のときθ2 ≧(θ1 −sin-1(n3 /n2 ))/2かつθ2 ≦θ1 /2、90度<θ1 ≦150度のときθ2 ≧((θ1 −90)−sin-1(n3 /n2 ))/2かつθ2 ≦(θ1 −90)/2を満たすように選ばれている。ここで、n3 は透明樹脂16の下面に接する外部の媒質の屈折率である。θ1 >90度の場合には、光取り出し面で全反射した光が反射膜17に入射する。図3に示すように、上記のθ2 ≧(θ1 −sin-1(n3 /n2 ))/2あるいはθ2 ≧((θ1 −90)−sin-1(n3 /n2 ))/2は、端面14からこれに垂直な方向に出射した光が透明樹脂16と外部の媒質との界面で全反射されない条件である。また、θ2 ≦θ1 /2あるいはθ2 ≦(θ1 −90)/2は、透明樹脂16側から端面14に光が入射しない条件である。
(8)n側電極18は、p型GaN層13の上面をこれに垂直な方向にn型GaN層11の下面に投影した領域内に形成されている。これによって、次のような利点を得ることができる。すなわち、このGaN系発光ダイオードにおいては、活性層12から発生し、端面14により反射されて下方に向かい、外部に取り出される光の大部分は、端面14をn型GaN層11の下面に投影した領域内に集中している。n側電極18がこの領域に形成されると、外部に取り出される光がこのn側電極18により遮られて光量の損失が生じるため、n側電極18はこの領域を避けて、言い換えれば、p型GaN層13の上面をこれに垂直な方向にn型GaN層11の下面に投影した領域内に形成するのが好ましく、この領域内であれば、その一部に形成してもよいし、全部に形成してもよい。
図4Aに示すように、まず、例えば主面がC+面で厚さが430μmのサファイア基板19を用意し、サーマルクリーニングを行うことなどによりその表面を清浄化した後、このサファイア基板19上に、例えば有機金属化学気相成長(MOCVD)法により、まず例えば500℃程度の低温で例えば厚さが1000nmのGaNバッファ層20を成長させ、その後1000℃程度まで昇温して結晶化してから、その上にn型不純物として例えばSiがドープされたn型GaN層11、活性層12およびp型不純物として例えばMgがドープされたp型GaN層13を順次成長させる。ここで、n型GaN層11は例えば1000℃程度の温度で成長させ、活性層12は例えば750℃程度の温度で成長させ、p型GaN層13は例えば900℃程度の温度で成長させる。また、n型GaN層11は例えば水素ガス雰囲気中で成長させ、活性層12は例えば窒素ガス雰囲気中で成長させ、p型GaN層13は例えば水素ガス雰囲気中で成長させる。
次に、基板表面にリソグラフィーにより所定の円形のレジストパターンを形成し、さらに基板全面に例えばスパッタリング法によりAg膜、Pt膜およびAu膜を順次形成した後、このレジストパターンをその上に形成されたAg膜、Pt膜およびAu膜とともに除去する(リフトオフ)。これによって、図4Bに示すように、p型GaN層13上にAg/Pt/Au構造の円形のp側電極15を形成する。
次に、レジストパターン21をマスクとして、例えば塩素系ガスをエッチングガスに用いた反応性イオンエッチング(RIE)法により、テーパーエッチングが行われる条件でn型GaN層11の厚さの途中の深さまでエッチングを行った後、レジストパターン21を除去する。こうして、図5Aに示すように、傾斜角度θ1 の端面14が形成される。
以上により、図1に示すように、目的とするGaN系発光ダイオードが完成する。こうして製造されたGaN系発光ダイオードは、用途に応じて、単体素子として用いてもよいし、他の基板と貼り合わせたり、転写したり、配線接続を行ったりすることができる。
図6に、n型GaN層11の裏面に、n側電極18に加えて、このn側電極18を覆うように例えばITOなどからなる透明配線22を形成した例を示す。
図7に、n型GaN層11、活性層12およびp型GaN層13の直径方向の断面形状が長方形(θ1 =90度)であるGaN系発光ダイオードを示す。この場合、p側電極15はp型GaN層13の上面の全面に形成され、n側電極18はn型GaN層11の裏面の全面に形成されている。n型GaN層11、活性層12およびp型GaN層13の直径は例えば10μm以下、典型的には5μm以下であり、一方、直径が小さすぎると十分な発光強度を得ることが難しくなるため通常は2〜3μm以上であるが、これに限定されるものではない。このGaN系発光ダイオードでは、n型GaN層11、活性層12およびp型GaN層13の直径がこのように小さくても、p側電極15がp型GaN層13の上面の全面に形成され、n側電極18もn型GaN層11の裏面の全面に形成されているため、電流密度の低減を図ることができ、輝度飽和を防止することができるとともに、p側電極15およびn側電極18のコンタクト抵抗の低減を図ることができ、動作電圧の低減を図ることができる。また、図22に示す従来のGaN系発光ダイオードと異なり、活性層12から発生する光は、n型GaN層11、活性層12およびp型GaN層13の内部で全反射を繰り返して吸収されることなく、外部に取り出すことができる。活性層12から発生し、最終的に外部に取り出される光の光路の一例を図7に示す。
図8に、n型GaN層11、活性層12およびp型GaN層13の直径方向の断面形状が逆台形(θ1 >90度)であるGaN系発光ダイオードを示す。この場合、n型GaN層11、活性層12およびp型GaN層13の直径方向の断面形状が台形(θ1 <90度)の場合に比べてp型GaN層13の直径を大きくすることができるので、p側電極15の直径を大きくすることができる。このため、電流密度の低減を図ることができ、輝度飽和を防止することができるとともに、p側電極15のコンタクト抵抗の低減を図ることができ、動作電圧の低減を図ることができる。活性層12から発生し、最終的に外部に取り出される光の光路の一例を図8に示す。
図10に、このGaN系発光ダイオードの実施例の発光強度−電流特性の測定結果を示す。ただし、p側電極15および反射膜17としてはAgの単層膜を用いた。また、発光ダイオード構造の最大径aは20μm、n型GaN層11の厚さは2600nm、活性層12およびp型GaN層13の厚さはそれぞれ200nm、θ1 =50度、θ2 =20度である。図10には、比較のために、p側電極15としてNiの単層膜を用い、反射膜17を形成しないことを除いてこのGaN系発光ダイオードと同様な構造を有するGaN系発光ダイオードの発光強度−電流特性の測定結果も併せて示した。図10から明らかなように、反射膜17を形成したこのGaN系発光ダイオードでは、p側電極15としてNiの単層膜を用い、反射膜17を形成しないGaN系発光ダイオードに比べて、発光強度が約3倍も大きくなっている。
図11はこの第2の実施形態によるGaN系発光ダイオードを示す。
図11に示すように、このGaN系発光ダイオードは、透明樹脂16の斜面16aが平面ではなく、斜面16aの途中の部分が凹んだ凹面となっており、この凹面の斜面16a上に反射膜17が形成されていることを除いて、第1の実施形態によるGaN系発光ダイオードと同様な構造を有する。
この第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
図12はこの第3の実施形態によるGaN系発光ダイオードを示す。
図12に示すように、このGaN系発光ダイオードは、透明樹脂16の斜面16aが平面ではなく、斜面16aの途中の部分が突き出た凸面となっており、この凸面の斜面16a上に反射膜17が形成されていることを除いて、第1の実施形態によるGaN系発光ダイオードと同様な構造を有する。
この第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
図13はこの第4の実施形態によるAlGaInP系発光ダイオードを示す。
図13に示すように、このAlGaInP系発光ダイオードにおいては、n型GaAs層51、その上のn型AlGaInP層52、活性層53、p型AlGaInP層54およびその上のp型GaAs層55により発光ダイオード構造が形成されている。n型GaAs層51はn型AlGaInP層52の中央部にのみ形成されている。また、p型GaAs層55はp型AlGaInP層54の中央部にのみ形成されている。n型AlGaInP層52、活性層53およびp型AlGaInP層54は全体として例えば円形の平面形状を有し、その直径方向の断面形状は台形、長方形または逆台形であり、端面14は主面に対して角度θ1 傾斜している。p型GaAs層55上には例えば円形のp側電極15が形成されている。この発光ダイオード構造の端面14およびp側電極15の周囲の部分のp型GaAs層55の上面を覆うように透明樹脂16が形成されている。そして、この透明樹脂16およびp側電極15の全体を覆うように反射膜17が形成されている。n型GaAs層51の下面には、例えば円形のn側電極18が形成されている。
このAlGaInP系発光ダイオードは、第1の実施形態によるGaN系発光ダイオードと同様な(1)〜(8)の特徴を有する。
図14Aに示すように、まず、例えば主面が(001)面または(001)面から[100]方向に10度程度オフした面で厚さが350μmのn型GaAs基板56上に、例えばMOCVD法により、例えば800℃程度の温度で、例えば厚さが500nmのn型AlGaInPエッチングストップ層57を成長させ、その上にn型GaAs層51、n型AlGaInP層52、活性層53、p型AlGaInP層54およびp型GaAs層55を順次成長させる。
次に、図14Bに示すように、p型GaAs層55上に円形のレジストパターン21を形成する。
次に、レジストパターン21をマスクとして、例えばRIE法により、テーパーエッチングが行われる条件でn型GaAs層51までエッチングを行った後、レジストパターン21を除去する。こうして、図14Cに示すように、傾斜角度θ1 の端面14が形成される。このエッチングにおいては、n型AlGaInPエッチングストップ層57が露出した時点でエッチングが停止する。
次に、基板全面に例えばスパッタリング法によりAu膜を形成し、さらにその上にリソグラフィーにより円形のレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとしてAu膜をエッチングする。これによって、図15Cに示すように、透明樹脂16およびp側電極15上にAuの単層膜からなる円形の反射膜17を形成する。
以上により、図13に示すように、目的とするAlGaInP系発光ダイオードが完成する。こうして製造されたAlGaInP系発光ダイオードは、用途に応じて、単体素子として用いてもよいし、他の基板と貼り合わせたり、転写したり、配線接続を行ったりすることができる。
図16に、n型AlGaInP層52の裏面に、n側電極18を覆うようにITOなどからなる透明配線22を形成した例を示す。
この第4の実施形態によれば、AlGaInP系発光ダイオードにおいて、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
図17はこの第5の実施形態によるGaN系発光ダイオードを示す。
図17に示すように、このGaN系発光ダイオードにおいては、n型GaN層11、その上の活性層12およびその上のp型GaN層13により発光ダイオード構造が形成されている。これらのn型GaN層11、活性層12およびp型GaN層13は全体として例えば円形の平面形状を有し、その直径方向の断面形状は台形であり、端面14は主面に対して傾斜している。この傾斜角度は例えば第1の実施形態におけるθ1 と同様である。p型GaN層13上には例えば円形のp側電極15が形成されている。また、n型GaN層11の下面には、例えば円形のn側電極18が形成されている。この場合、このn側電極18は、端面14をn型GaN層11の下面に投影した領域を避けて、言い換えれば、p型GaN層13の上面をn型GaN層11の下面に投影した領域内に形成されている。これによって、活性層12から発生し、端面14により反射されて下方に向かう光の大部分が、このn側電極18により遮られることなく、外部に取り出される。
この第5の実施形態によれば、光の取り出し効率の向上を図ることができ、それによって発光効率の高いGaN系発光ダイオードを得ることができる。また、このGaN系発光ダイオードは例えば数十μm以下のサイズに超小型化することができる。
図18はこの第6の実施形態によるGaN系発光ダイオードを示す。
図18に示すように、このGaN系発光ダイオードにおいては、p側電極15は、p型GaN層13の上面の全面に形成されている。また、n側電極18は、n型GaN層11の下面の全体に形成されている。これらのp側電極15およびn側電極18の材料としては、いずれも発光波長の光に対する反射率が極力高い材料、例えばAgやAgを主成分とする金属などを用いる。その他のことは第5の実施形態と同様である。
この第6の実施形態によれば、活性層12から発生する光はp側電極15およびn側電極18の双方により反射されることにより、端面14から取り出される光の量を多くすることができる。このため、光の取り出し効率の向上を図ることができ、それによって発光効率の高いGaN系発光ダイオードを得ることができる。また、このGaN系発光ダイオードは例えば数十μm以下のサイズに超小型化することができる。
図19はこの第7の実施形態によるGaN系発光ダイオードを示す。
図19に示すように、このGaN系発光ダイオードにおいては、n型GaN層11、その上の活性層12およびその上のp型GaN層13により発光ダイオード構造が形成されている。これらのn型GaN層11、活性層12およびp型GaN層13は全体として例えば円形の平面形状を有し、その直径方向の断面形状はほぼ台形状であり、n型GaN層11の端面14は主面に対して傾斜している。この傾斜角度は例えば第1の実施形態におけるθ1 と同様である。この場合、n型GaN層11の上部、活性層12およびp型GaN層13は例えば円柱状にパターニングされている。p型GaN層13上には例えば円形のp側電極15が形成されている。一方、n側電極18は、n型GaN層11の端面14を覆うように形成されている。これらのp側電極15およびn側電極18は、いずれも発光波長の光に対する反射率が極力高い金属などの材料により形成する。この場合、n側電極18は端面14に形成されているため、活性層12から発生し、端面14に入射した光は効率よく反射されて下方に向かい、n型GaN層11の下面から外部に取り出される。その他のことは第5の実施形態と同様である。
この第7の実施形態によれば、光の取り出し効率の向上を図ることができ、それによって発光効率の高いGaN系発光ダイオードを得ることができる。また、このGaN系発光ダイオードは例えば数十μm以下のサイズに超小型化することができる。
図20はこの第8の実施形態によるGaN系発光ダイオードを示す。
図20に示すように、このGaN系発光ダイオードにおいては、p側電極15は、p型GaN層13の上面の全面に形成されている。n型GaN層11の裏面には、p型GaN層13の上面をn型GaN層11の下面に投影した領域内にリング状のn側電極18が形成されている。このn側電極18が形成されていない部分のn型GaN層11の裏面には発光波長の光を効率的に外部に取り出すことができる規則的に形成された微小な凹凸23からなるフォトニック結晶が形成されている。この凹凸23の大きさおよび間隔は、例えば0.1〜1μm程度である。その他のことは第5の実施形態と同様である。
この第8の実施形態によれば、活性層12から発生し、n型GaN層11の下面に達した光は凹凸23からなるフォトニック結晶により効率よく外部に取り出すことができる。このため、光の取り出し効率の向上を図ることができ、それによって発光効率の高いGaN系発光ダイオードを得ることができる。また、このGaN系発光ダイオードは例えば数十μm以下のサイズに超小型化することができる。
いま、活性層12が図21Aに示すような平面形状を有する場合を考える。GaN系発光ダイオードの動作時にp側電極15とn側電極18との間に順方向電圧を印加してp側電極15からn側電極18に電流を流した場合、活性層12を通過する電流の幅は、横方向への広がりにより、n側電極18よりも大きくなる(例えば、H.C.Casey, Jr.&M.B.Panish; Heterostructure Lasers,Part A,B, Academic Press, 1978 のFig.7.7-1 およびその関連説明参照)。このため、図21Aに示すように、n側電極18は最低限、活性層12より内側にこの電流広がり距離だけ小さい領域に形成すればよい。言い換えれば、n側電極18をこの電流広がり距離だけ外側に拡大したものが、活性層12と完全に一致するか、この活性層12を完全に含めばよい。この条件を満たせばよいので、n側電極18を例えば図21Bに示すように三つに分けて形成してもよい。一方、n側電極18のコンタクト抵抗の観点からは、(n側電極18のコンタクト抵抗RC [Ωcm2 ])/(要求されるコンタクト抵抗値R[Ω])≦(n側電極18のコンタクト面積[cm2 ])という条件を満たすことが必要である。
例えば、上述の第1〜第8の実施形態において挙げた数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
Claims (20)
- 発光ダイオード構造を形成する半導体層がその主面に対して角度θ1 傾斜している端面を有する発光ダイオードであって、
上記端面の外部に、上記端面に対向し、かつ上記主面に対して上記角度θ1 より小さい角度θ2 傾斜している部分を少なくとも一部に含む反射体を有する
ことを特徴とする発光ダイオード。 - 上記端面と上記反射体との間に上記半導体層の屈折率より小さい屈折率を有する透明樹脂が形成されていることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。
- 上記半導体層の厚さが0.3μm以上10μm以下であり、かつ上記半導体層の最大径に対する上記半導体層の厚さの比が0.001以上2以下であることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。
- 上記半導体層は光取り出し面およびこの光取り出し面と反対側の面にそれぞれ第1の電極および第2の電極を有し、上記反射体は上記第2の電極とオーミックコンタクトしていて上記第2の電極の一部または上記第2の電極の配線の一部を兼用していることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。
- 上記反射体は、少なくとも、30度≦θ1 ≦90度のときには上記端面をこれに垂直な方向に、90度<θ1 ≦150度のときには上記端面をこれに垂直な方向を上記半導体層の光取り出し面で折り返した方向に、上記反射体が形成される面に投影した領域を含むように形成されていることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。
- 上記反射体は上記半導体層の光取り出し面と反対側の面上に延在して形成されていることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。
- 上記透明樹脂の屈折率をn2 、上記透明樹脂の外部の媒質の屈折率をn3 としたとき、30度≦θ1 ≦150度かつ、30度≦θ1 ≦90度のときθ2 ≧(θ1 −sin-1(n3 /n2 ))/2かつθ2 ≦θ1 /2、90度<θ1 ≦150度のときθ2 ≧((θ1 −90)−sin-1(n3 /n2 ))/2かつθ2 ≦(θ1 −90)/2であることを特徴とする請求項2記載の発光ダイオード。
- 上記反射体の反射面は曲面の部分を有することを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。
- 上記半導体層は光取り出し面およびこの光取り出し面と反対側の面にそれぞれ第1の電極および第2の電極を有し、上記第1の電極は上記端面を上記半導体層の光取り出し面に垂直方向に投影した領域を避けて形成されていることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。
- 発光ダイオード構造を形成する半導体層がその主面に対して角度θ1 傾斜している端面を有し、上記端面の外部に上記端面に対向し、かつ上記主面に対して上記角度θ1 より小さい角度θ2 傾斜している部分を少なくとも一部に含む反射体を有する発光ダイオードの製造方法であって、
少なくとも上記端面を覆うように、上記半導体層の屈折率より小さい屈折率を有し、かつ上記主面に対して上記角度θ2 傾斜している部分を少なくとも一部に含む斜面を有する透明樹脂を形成し、この透明樹脂上に上記反射体を形成するようにした
ことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。 - 上記透明樹脂をスピンコート法により形成することを特徴とする請求項10記載の発光ダイオードの製造方法。
- 上記透明樹脂を、少なくとも上記端面を覆うように形成した樹脂を硬化収縮させることにより形成することを特徴とする請求項10記載の発光ダイオードの製造方法。
- 上記透明樹脂を、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー技術により形成することを特徴とする請求項10記載の発光ダイオードの製造方法。
- 上記透明樹脂を、型を用いた樹脂のプレス成形、熱インプリントまたは紫外線インプリント成形により形成することを特徴とする請求項10記載の発光ダイオードの製造方法。
- 上記透明樹脂を、弾性変形可能な離型層に押し付けた状態で樹脂を硬化させることにより形成することを特徴とする請求項10記載の発光ダイオードの製造方法。
- 発光ダイオード構造を形成する半導体層がその主面に対して傾斜している端面を有し、上記半導体層は不透明な第1の電極および第2の電極を有する発光ダイオードであって、
上記半導体層の一方の面に上記第2の電極が設けられ、かつ上記半導体層からの光取り出し量が多い光路上を避けて上記第1の電極が設けられている
ことを特徴とする発光ダイオード。 - 赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードバックライトにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
発光ダイオード構造を形成する半導体層がその主面に対して角度θ1 傾斜している端面を有し、
上記端面の外部に、上記端面に対向し、かつ上記主面に対して上記角度θ1 より小さい角度θ2 傾斜している部分を少なくとも一部に含む反射体を有する
ことを特徴とする発光ダイオードバックライト。 - 赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオード照明装置において、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
発光ダイオード構造を形成する半導体層がその主面に対して角度θ1 傾斜している端面を有し、
上記端面の外部に、上記端面に対向し、かつ上記主面に対して上記角度θ1 より小さい角度θ2 傾斜している部分を少なくとも一部に含む反射体を有する
ことを特徴とする発光ダイオード照明装置。 - 赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードディスプレイにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
発光ダイオード構造を形成する半導体層がその主面に対して角度θ1 傾斜している端面を有し、
上記端面の外部に、上記端面に対向し、かつ上記主面に対して上記角度θ1 より小さい角度θ2 傾斜している部分を少なくとも一部に含む反射体を有する
ことを特徴とする発光ダイオードディスプレイ。 - 一つまたは複数の発光ダイオードを有する電子機器において、
少なくとも一つの上記発光ダイオードが、
発光ダイオード構造を形成する半導体層がその主面に対して角度θ1 傾斜している端面を有し、
上記端面の外部に、上記端面に対向し、かつ上記主面に対して上記角度θ1 より小さい角度θ2 傾斜している部分を少なくとも一部に含む反射体を有する
ことを特徴とする電子機器。
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