JP2010283124A - 発光ダイオード - Google Patents
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Abstract
【課題】 素子の発光能力を十分発揮可能な発光ダイオードを提供することである。
【解決手段】 サファイア基板の上面に緩衝層を介して積層されたn型窒化物半導体層と、該n型窒化物半導体層上に積層されたp型窒化物半導体層と、該n型窒化物半導体層に接続されたn電極と、該p型窒化物半導体層に接続されたp電極とを備えた発光ダイオードであって、該n電極は、該サファイア基板の下面から上面に貫通し、該緩衝層を介して該n型窒化物半導体層に電気的に接続される貫通電極から構成され、該p電極は、該サファイア基板の下面から上面に貫通し、更に該n型窒化物半導体層を貫通して該p型窒化物半導体層に電気的に接続される貫通電極とから構成されることを特徴とする。
【選択図】図3
【解決手段】 サファイア基板の上面に緩衝層を介して積層されたn型窒化物半導体層と、該n型窒化物半導体層上に積層されたp型窒化物半導体層と、該n型窒化物半導体層に接続されたn電極と、該p型窒化物半導体層に接続されたp電極とを備えた発光ダイオードであって、該n電極は、該サファイア基板の下面から上面に貫通し、該緩衝層を介して該n型窒化物半導体層に電気的に接続される貫通電極から構成され、該p電極は、該サファイア基板の下面から上面に貫通し、更に該n型窒化物半導体層を貫通して該p型窒化物半導体層に電気的に接続される貫通電極とから構成されることを特徴とする。
【選択図】図3
Description
本発明は一般的に発光ダイオード(LED)に関し、特に発光ダイオードの電極配置に関する。
発光ダイオードは順方向に電圧を加えた際に発光する半導体素子であり、発光原理はエレクトロルミネッセンス(EL)効果を利用している。発光ダイオードは、半導体のPN接合構造を有しており、発光はこの中で電子の持つエネルギーを直接光エネルギーに変換することで行われる。
p電極及びn電極から半導体に注入された正孔と電子が異なったエネルギー帯(荷電子帯と伝導帯)を流れ、PN接合部付近にて禁制帯を越えて再結合する。再結合の際にほぼ禁制帯幅(バンドギャップ)に相当するエネルギーが光として放出される。
放出される光の波長は、材料のバンドギャップによって決められ、基本的に単一色で自由度が低いが、青色発光ダイオードから出射される青色光を蛍光体に当てることにより、白色光を取り出すことができ、最近では液晶表示装置のバックライト光源として利用されている。
更に、電球、蛍光灯等の発光体に比べて著しく消費電力が低く、割つ長寿命であるため、信号機、又は家庭用の照明として盛んに利用されている。最近では、自動車のヘッドライトにも採用されている。
従来の発光ダイオードの電極配置は、n型窒化物半導体層上にn電極を配置し、p型窒化物半導体層上にp電極を配置するのが一般的である。しかし、このような電極配置では、p型窒化物半導体層上に配設されたp電極により発光された光が遮断され、発光能力が十分発揮されないという問題がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光能力を十分発揮可能な発光ダイオードを提供することである。
本発明によると、サファイア基板の上面に緩衝層を介して積層されたn型窒化物半導体層と、該n型窒化物半導体層上に積層されたp型窒化物半導体層と、該n型窒化物半導体層に接続されたn電極と、該p型窒化物半導体層に接続されたp電極とを備えた発光ダイオードであって、該n電極は、該サファイア基板の下面から上面に貫通し、該緩衝層を介して該n型窒化物半導体層に電気的に接続される貫通電極から構成され、該p電極は、該サファイア基板の下面から上面に貫通し、更に該n型窒化物半導体層を貫通して該p型窒化物半導体層に電気的に接続される貫通電極とから構成されることを特徴とする発光ダイオード提供される。
請求項1
請求項1
本発明によると、n電極がサファイア基板を貫通してn型窒化物半導体層に接続され、p電極がサファイア基板及びn型窒化物半導体層を貫通してp型窒化物半導体層に接続されているので、電極が発光を遮断することがなく、発光ダイオードの発光能力を十分発揮することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図1は本発明実施形態の斜視図、図2は図1のII−II線断面図である。発光ダイオード(LED)2はサファイア基板4上に窒化物半導体層を積層して形成される。
サファイア基板4上には、まず低温緩衝層6が積層される。この低温緩衝層6としては、窒化ガリウム(GaN)又は窒化アルミニウム(AlN)が適しており、本実施形態ではGaNを約500℃程度の低温でサファイア基板4上に成長させた。
低温緩衝層6上にはn型窒化ガリウム層(GaN層)8が積層されており、n型窒化ガリウム層8上にはp型窒化ガリウム層10が積層されている。本実施形態では、MOCVD法でn型窒化ガリウム層8及びp型窒化ガリウム層10を成長させた。
p型窒化ガリウム層10の形成方法としては、窒化ガリウムの原料ガス中にマグネシウム(Mg)をドープしてn型窒化ガリウム層を形成した後、窒素雰囲気中で約500℃に加熱することによりp型窒化ガリウム層10を得ることができる。
n電極としては、サファイア基板4を下面から上面に貫通するn貫通電極14が設けられている。このn貫通電極14の形成方法は、まずレーザ加工によりサファイア基板4に貫通孔を形成し、この貫通孔中に銅等の電極材料を埋め込むことにより形成した。
p電極も、n電極と同様に貫通電極で形成した。即ち、サファイア基板4上に低温緩衝層6を積層してから、MOCVD法で低温緩衝層6上にn型窒化ガリウム層8を積層した後、レーザ加工によりサファイア基板4、低温緩衝層6及びn型窒化ガリウム層8にわたる貫通孔を形成し、この貫通孔中にp電極ユニット14を挿入する。p電極ユニット14は、銅等の電極材料から形成した貫通電極16の周囲を絶縁体18で被覆して形成されている。
本実施形態の発光ダイオード(LED)2の駆動方法は、図3に示すようにp貫通電極16を抵抗Rを介して直流電源20の正極側に接続し、n貫通電極12を直流電源20の負極側に接続して、LED2に所定電圧を印加して駆動する。
これにより、n貫通電極12から注入された電子が、低温緩衝層6を横切ってn型GaN層8の伝導帯を流れ、p貫通電極16から注入された正孔はp型GaN層10の荷電子帯を流れて、pn接合部付近にて禁制帯を越えて再結合する。
再結合の際に、ほぼ禁制帯幅(バンドギャップ)に相当するエネルギーが光子、即ち光として放出される。窒化ガリウムのバンドギャップは約3.4電子ボルト(eV)であるので、本実施形態のLED2からは中心波長約360nmの紫外光が矢印A方向に発光される。
本実施形態では、n電極12をサファイア基板4の下面から上面に貫通する貫通電極として形成し、p電極16をサファイア基板4の下面からn型GaN層8の上面に貫通する貫通電極として形成したので、p型GaN層10の上面にはLED2から放出される光を遮る電極は何ら存在していない。よって、電極12,16は発光された光を遮ることがなく、LED2の発光能力を十分発揮することができる。
2 発光ダイオード(LED)
4 サファイア基板
6 低温緩衝層
8 n型GaN層
10 p型GaN層
12 n貫通電極
14 p電極ユニット
16 p貫通電極
18 絶縁体
20 直流電源
4 サファイア基板
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16 p貫通電極
18 絶縁体
20 直流電源
Claims (1)
- サファイア基板の上面に緩衝層を介して積層されたn型窒化物半導体層と、該n型窒化物半導体層上に積層されたp型窒化物半導体層と、該n型窒化物半導体層に接続されたn電極と、該p型窒化物半導体層に接続されたp電極とを備えた発光ダイオードであって、
該n電極は、該サファイア基板の下面から上面に貫通し、該緩衝層を介して該n型窒化物半導体層に電気的に接続される貫通電極から構成され、
該p電極は、該サファイア基板の下面から上面に貫通し、更に該n型窒化物半導体層を貫通して該p型窒化物半導体層に電気的に接続される貫通電極とから構成されることを特徴とする発光ダイオード。
Priority Applications (1)
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JP2009134993A JP2010283124A (ja) | 2009-06-04 | 2009-06-04 | 発光ダイオード |
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JP2009134993A Pending JP2010283124A (ja) | 2009-06-04 | 2009-06-04 | 発光ダイオード |
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JP (1) | JP2010283124A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014160706A (ja) * | 2013-02-19 | 2014-09-04 | Kyocera Corp | パッケージ用部材、パッケージ用部材の製造方法およびパッケージ体 |
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-
2009
- 2009-06-04 JP JP2009134993A patent/JP2010283124A/ja active Pending
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