JP2015061072A

JP2015061072A - 発光ダイオード

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Publication number: JP2015061072A
Application number: JP2014127164A
Authority: JP
Inventors: 博▲こう▼ 鄒; Po-Hung Tsou
Original assignee: Lextar Electronics Corp
Current assignee: Lextar Electronics Corp
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2015-03-30
Anticipated expiration: 2034-06-20
Also published as: JP5813180B2; TWI578565B; US9397263B2; TW201513396A; US20150076445A1

Abstract

【課題】発光ダイオードの電極の配置を提供する。【解決手段】Ｎ型半導体層１０３と、Ｎ型半導体層１０３部分に配置されＮ型半導体層１０３の他の部分を露出する発光層と、発光層上のＰ型半導体層１０７、第１の本体部１１３Ｂおよび第１の延伸部１１３Ｆを含み、第１の本体部１１３ＢはＰ型半導体層１０７上面の角に配置され、第１の延伸部１１３Ｆは第１の本体部１１３ＢからＮ型半導体層１０３の露出部分に隣接するＰ型半導体層１０７側壁に沿ってＮ型半導体層１０３の露出部分に延伸するＰ型電極１１３と、Ｎ型半導体層１０３の露出部分に配置されたＮ型電極１１５と、Ｐ型電極１１３下方のＰ型半導体層１０７の一部、およびＰ型電極１１３下方のＮ型半導体層１０３の一部に配置された電流ブロック層と、Ｐ型半導体層１０７の部分の上面に配置され、その一部が電流ブロック層とＰ型電極１１３の間に配置される透明導電層を含む構成の発光ダイオード１００。【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードに関し、特に、発光ダイオードの電極の配置に関するものである。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、照明を提供できる半導体電子部品である。発光ダイオードは、ｐドープされた半導体層とｎドープされた半導体層を含む。発光ダイオードがオンにされた時、電子は、ｐドープされた半導体層とｎドープされた半導体層との間のインターフェースで正孔と再結合でき、光子の形でエネルギーを放出する。この効果は、発光ダイオードの電界発光と呼ばれる。発光ダイオードは、従来の白熱電球に比べ、低エネルギー消費、長寿命化、小型化、高輝度などの多くの利点を有する。このため、発光ダイオードは、各種の電子装置および一般照明などのアプリケーションに広く用いられる。

一般的に、Ｐ型電極とＮ型電極は、発光ダイオードのｐドープされた半導体層とｎドープされた半導体層上に各々形成される。また、電流の均一な分布を確実にするために、発光ダイオードのＰ型電極とＮ型電極は、電流拡散ストリップ（ｃｕｒｒｅｎｔｅｘｐａｎｓｉｏｎｓｔｒｉｐ）を更に含む。従来の発光ダイオードでは、Ｐ型電極の電流拡散ストリップは、通常、ｐドープされた半導体層上に配置される。従来の発光ダイオードのＰ型電極の電流拡散ストリップは、発光ダイオードの発光領域の一部をカバーする。そのため、発光ダイオードの発光領域は、減少され、従来の発光ダイオードの発光効率も低下する。

発光ダイオードの電極の配置を提供する。

本発明は、発光ダイオードの電極の配置の改善を提供する。発光ダイオードのＰ型電極の電流拡散ストリップは、Ｐ型半導体層と重複していないＮ型半導体層の領域に配置される。よって、Ｐ型電極の電流拡散ストリップは、発光ダイオードの発光領域をカバーしない。このため、Ｐ型電極によってカバーされた発光ダイオード１００の発光領域の比率は、減少され、発光ダイオードの発光効率は、更に向上される。同時に、Ｐ型電極の電流拡散ストリップの利点を保留し、電流の均一な分布を確実にするようにする。

本発明の実施形態では、発光ダイオードが提供される。発光ダイオードは、Ｎ型半導体層を含む。発光層は、Ｎ型半導体層の部分に配置され、Ｎ型半導体層の他の部分を露出する。Ｐ型半導体層は、発光層上に配置される。Ｐ型電極は、第１の本体部および第１の延伸部を含み、第１の本体部は、Ｐ型半導体層の上面の角に配置され、第１の延伸部は、第１の本体部から露出されたＮ型半導体層に隣接するＰ型半導体層の側壁に沿って露出されたＮ型半導体層上に延伸する。Ｎ型電極は、Ｎ型半導体層１０３の露出された部分に配置される。発光ダイオードは、Ｐ型電極の下方のＰ型半導体層の一部、およびＰ型電極の下方のＮ型半導体層の一部に配置された電流ブロック層を更に含む。また、透明導電層は、Ｐ型半導体層の部分の上面に配置され、透明導電層の一部は、電流ブロック層とＰ型電極の間に配置される。

詳細な説明は、添付の図面と併せて以下の実施形態に説明される。

添付の図面とともに以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を検討することで、本発明はより完全に理解できる。
本発明の実施形態に基づく発光ダイオードの概略平面図を示している。本発明の実施形態に基づく図１の断面線Ａ−Ａ’に沿った発光ダイオードの概略断面図を示している。本発明の実施形態に基づく図１の断面線Ｂ−Ｂ’に沿った発光ダイオードの概略断面図を示している。本発明の実施形態に基づく図１の断面線Ｃ−Ｃ’に沿った発光ダイオードの概略断面図を示している。

以下の説明は、本発明を実施するベストモードが開示されている。この説明は、本発明の一般原理を例示する目的のためのもので本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参考にして決定される。

図１は、本発明の実施形態に基づく発光ダイオード１００の平面図が示されている。図を簡単化するために、発光ダイオード１００のいくつかの素子層、例えば基板、発光層、電流ブロック層、透明導電層などは、図１に示されていない。これらの素子層の配置は、次の図２〜図４に示す発光ダイオードの断面図に示されている。発光ダイオード１００は、Ｎ型半導体層１０３を含む。発光層（不図示）は、Ｎ型半導体層１０３の第１の部分に配置され、Ｎ型半導体層１０３の第２の部分が露出される。Ｐ型半導体層１０７は、発光層上、且つＮ型半導体層１０３の上方に配置され、Ｎ型半導体層１０３の第２の部分も露出される。

また、発光ダイオード１００は、Ｐ型電極１１３およびＮ型電極１１５を更に含む。実施形態では、Ｐ型電極１１３およびＮ型電極１１５は、金属材料で作られることができる。Ｐ型電極１１３は、第１の本体部１１３Ｂおよび第１の延伸部１１３Ｆを含む。第１の本体部１１３Ｂは、Ｐ型電極１１３の主要部分である。第１の延伸部１１３Ｆは、Ｐ型電極１１３の細片状の電流拡散部（電流拡散フィンガー）である。図１に示されるように、上面視でＮ型半導体層１０３とＰ型半導体層１０７の形状は、ほぼ長方形である。長方形のＮ型半導体層１０３は、第１側Ｌと第２側Ｗを有し、第１側Ｌは、第２側Ｗの長さより長くなっている。Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆは、第１側Ｌの方向に沿って延伸する。よって、Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆは、電流を第１側Ｌの方向に沿って拡散をすることができる。また、電流は、Ｐ型電極１１３の下方の透明導電層（不図示）によってＰ型半導体層１０７上に均一に分布されることができる。

図１に示されるように、Ｐ型電極１１３の第１の本体部１１３Ｂは、Ｐ型半導体層１０７の上面の角に配置される。Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆは、第１の本体部１１３Ｂから露出されたＮ型半導体層１０３に隣接するＰ型半導体層１０７の側壁に沿って露出されたＮ型半導体層１０３上に延伸する。また、Ｎ型電極１１５は、第２の本体部１１５Ｂおよび第２の延伸部１１５Ｆを含む。第２の本体部１１５ＢはＮ型電極１１５の主要部分である。第２の延伸部１１５Ｆは、Ｎ型電極１１５の細片状の電流拡散部（ｃｕｒｒｅｎｔｅｘｐａｎｓｉｏｎｆｉｎｇｅｒ）である。Ｎ型電極１１５の第２の延伸部１１５ＦおよびＰ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆは、互いに平行する。

本発明の実施形態に基づき、Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆ、Ｎ型電極１１５の第２の本体部１１５Ｂおよび第２の延伸部１１５Ｆは、露出されたＮ型半導体層１０３上に配置される。Ｎ型電極１１５の第２の本体部１１５Ｂは、露出されたＮ型半導体層１０３の角に配置される。Ｎ型電極１１５の第２の延伸部１１５Ｆは、長方形のＮ型半導体層１０３の第１側Ｌの方向に沿って延伸し、電流を第１側Ｌの方向に沿って拡散させる。よって、電流がＮ型半導体層１０３上に均一に分布される。

図１に示されるように、Ｐ型半導体層１０７の上面は、第１の領域１０７Ａ、第２の領域１０７Ｂ、および第３の領域１０７Ｃに区分することができる。第１の領域１０７Ａは、Ｐ型電極１１３の第１の本体部１１３Ｂに対応する。第２の領域１０７Ｂは、Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３ＦおよびＮ型電極１１５の第２の延伸部１１５Ｆに対応する。第３の領域１０７Ｃは、Ｎ型電極１１５の第２の本体部１１５Ｂに対応する。また、図１に示されるように、上面視では、第１の領域１０７Ａに対応するＰ型半導体層１０７の長い側の部分に比べ、第２の領域１０７Ｂに対応するＰ型半導体層１０７の長い側の部分は、Ｐ型半導体層１０７の中心に向けて曲がる。第２の領域１０７Ｂに対応するＰ型半導体層１０７の長い側の部分に比べ、第３の領域１０７Ｃに対応するＰ型半導体層１０７の長い側の部分もＰ型半導体層１０７の中心に向けて曲がる。

本発明の実施形態に基づき、Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆは、Ｐ型半導体層１０７と重複する発光ダイオード１００のＮ型半導体層１０３の領域上に配置されない。即ち、Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆは、発光ダイオード１００の発光領域上に配置されない。このため、本発明の発光ダイオード１００の発光領域は、Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆに遮蔽されない。よって、Ｐ型電極１１３の遮光領域が減少される。発光ダイオード１００の発光領域は、Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆの配置によって減少されない。発光ダイオード１００の発光効率は、更に向上される。同時に、Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆを保留し、細片状の電流拡散部（ｃｕｒｒｅｎｔ−ｓｐｒｅａｄｉｎｇｆｉｎｇｅｒ）とすることができる。

実施形態では、発光ダイオード１００のＮ型半導体層１０３とＰ型半導体層１０７間の重複領域は、例えば１６２８００μｍ^２である。Ｐ型電極１１３の第１の本体部１１３Ｂは、６１００μｍ^２の領域を有する。Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆは、２４００μｍ^２の領域を有する。
Ｐ型半導体層１０７上に完全に配置されたＰ型電極１１３の例と比べ、Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆは、本発明の実施形態の発光ダイオード１００の発光領域上に配置されない。よって、本実施形態によりＰ型電極１１３の遮光領域対発光領域の比率は、５．２％から３．７％に減少されることができる。このため、発光ダイオード１００の光取り出し効率は、効果的に向上される。

図２に示されるように、本発明の実施形態に基づく図１の断面線Ａ−Ａ’に沿った発光ダイオード１００の概略断面図が示されている。Ｎ型半導体層１０３は、基板１０１に配置される。発光層１０５は、Ｎ型半導体層１０３の部分に配置され、Ｎ型半導体層１０３の他の部分を露出する。Ｐ型半導体層１０７は、発光層１０５上に配置される。発光層１０５とＰ型半導体層１０７は、フォトリソグラフィーとエッチングプロセスによって形成され、発光ダイオード１００のメサ構造を製作する。

実施形態では、発光ダイオード１００は、例えば青色発光ダイオードである。その中の基板１０１は、サファイア基板であることができる。Ｎ型半導体層１０３の材料は、Ｎ型ガリウム含有窒化物、例えばＮ型窒化ガリウム（Ｎ−ＧａＮ）であることができる。Ｐ型半導体層１０７の材料は、Ｐ型ガリウム含有窒化物、例えばＰ型窒化ガリウム（Ｐ−ＧａＮ）であることができる。発光層１０５は、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する半導体層であることができる。発光層１０５の材料は、例えばＩｎＧａＮおよびＧａＮである。もう１つの実施形態では、発光ダイオード１００の基板１０１、Ｎ型半導体層１０３、Ｐ型半導体層１０７、および発光層１０５は、他の好適な材料で形成されることができる。このため、各種の色を発する発光ダイオードが得られる。また、発光ダイオード１００は、基板１０１とＮ型半導体層１０３との間に配置された緩衝層などの他の素子層を更に含むことができる。図２〜図４の構造は、明細書を簡単化するために示されている。しかしながら、発光ダイオード１００の構造は、図２〜図４の構造に限定されるものではない。

図３に示されるように、本発明の実施形態に基づく図１の断面線Ｂ−Ｂ’に沿った発光ダイオード１００の概略断面図が示されている。図２と図３に示されるように、発光ダイオード１００は、Ｐ型電極１１３に対応した下方に配置された電流ブロック層１０９を更に含む。電流ブロック層１０９は、Ｐ型電極１１３の第１の本体部１１３Ｂの下方のＰ型半導体層１０７の部分の上、およびＰ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆの下方のＮ型半導体層１０３の部分の上に配置される。

また、図３に示されるように、電流ブロック層１０９は、露出されたＮ型半導体層１０３に隣接するＰ型半導体層１０７の側壁上に更に配置される。電流ブロック層１０９は、Ｐ型半導体層１０７の上面から側壁に沿って露出されたＮ型半導体層１０３上に延伸する。電流ブロック層１０９は、フォトリソグラフィーとエッチングプロセスによって形成されることができる。また、電流ブロック層１０９は、露出されたＮ型半導体層１０３に隣接するＰ型半導体層１０７の側壁をカバーするため、電流ブロック層１０９は、Ｐ型半導体層１０７とＮ型半導体層１０３の接合面の保護層、即ちＰ／Ｎ接合保護層として用いられることもできる。実施形態では、電流ブロック層１０９の材料は、有機、または無機の絶縁材料、例えば二酸化ケイ素であることができる。

図２と図３に示されるように、発光ダイオード１００は、Ｐ型半導体層１０７の部分の上面に配置される。透明導電層１１１の部分は、電流ブロック層１０９とＰ型電極１１３の間に配置される。図２に示されるように、透明導電層１１１の部分は、電流ブロック層１０９とＰ型電極１１３の第１の本体部１１３Ｂの間に配置される。図３に示されるように、透明導電層１１１の部分は、電流ブロック層１０９とＰ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆの間に配置される。また、透明導電層１１１の部分は、電流ブロック層１０９上に共形的に（形が整合するように）形成され、露出されたＮ型半導体層１０３に隣接するＰ型半導体層１０７の側壁をカバーする。透明導電層１１１は、フォトリソグラフィーとエッチングプロセスによって形成されることができる。

透明導電層１１１は、電流拡散層として用いられ、Ｐ型電極１１３に印加された電流がＰ型半導体層１０７に均一に分布されるようにすることができる。これは電流密度の増大を防止することで、高電圧を回避することができる。実施形態では、透明導電層１１１の材料は、インジウムスズ酸化物または他の好適な透明導電材料でもよい。透明導電層１１１が形成された後、Ｐ型電極１１３とＮ型電極１１５は、透明導電層１１１と露出されたＮ型半導体層１０３上に形成され、発光ダイオード１００の製作を完成する。

図４に示されるように、本発明の実施形態に基づく図１の断面線Ｃ−Ｃ’に沿った発光ダイオード１００の概略断面図が示されている。Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆは、第１の本体部１１３Ｂから露出されたＮ型半導体層１０３に隣接するＰ型半導体層１０７の側壁１０７Ｓに沿って露出されたＮ型半導体層１０３上に延伸する。実施形態では、側壁１０７Ｓは、傾斜している。傾斜した側壁１０７Ｓは、Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆが第１の本体部１１３Ｂから側壁１０７Ｓに沿って露出されたＮ型半導体層１０３上により容易に延伸するようにすることができる。

また、図４に示されるように、電流ブロック層１０９および透明導電層１１１は、Ｐ型電極１１３とＰ型半導体層１０７の間およびＰ型電極１１３と露出されたＮ型半導体層１０３の間に配置される。同様に、傾斜した側壁１０７Ｓは、電流ブロック層１０９と透明導電層１１１がＰ型半導体層１０７の上面から側壁１０７Ｓに沿って露出されたＮ型半導体層１０３上により容易に延伸する助けをすることができる。

本発明の実施例に基づき、Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆを露出されたＮ型半導体層１０３上に配置することで、発光ダイオード１００の発光領域は、Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆによって遮蔽されない。このため、Ｐ型電極１１３によって遮蔽された発光ダイオード１００の発光領域の比率は、減少され、発光ダイオードの発光効率は、更に効果的に向上される。同時に、Ｐ型電極１１３の第１の延伸部１１３Ｆを保留し、細片状の電流拡散部（ｃｕｒｒｅｎｔ−ｓｐｒｅａｄｉｎｇｆｉｎｇｅｒ）となることができる。よって、本発明の実施形態は、第一側Ｌのように長い側ともう１つの第２側Ｗのように短い側を有する長方形の発光ダイオード１００により好適である。

本発明は、実施例の方法および望ましい実施の形態によって記述されているが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではない。逆に、当業者には自明の種々の変更及び同様の配置をカバーするものである。よって、添付の特許請求の範囲は、最も広義な解釈が与えられ、全てのこのような変更及び同様の配置を含むべきである。

１００発光ダイオード
１０１基板
１０３Ｎ型半導体層
１０５発光層
１０７Ｐ型半導体層
１０７Ａ第１領域
１０７Ｂ第２領域
１０７Ｃ第３領域
１０７Ｓ傾斜した側壁
１０９電流ブロック層
１１１透明導電層
１１３Ｐ型電極
１１３Ｂ第１の本体部
１１３Ｆ第１の延伸部
１１５Ｎ型電極
１１５Ｂ第２の本体部
１１５Ｆ第２の延伸部
Ｌ第１側
Ｗ第２側

Claims

発光ダイオードにおいて、
Ｎ型半導体層と、
前記Ｎ型半導体層の部分に配置され、前記Ｎ型半導体層の他の部分を露出する発光層と、
前記発光層上に配置されたＰ型半導体層と、
第１の本体部および第１の延伸部を含み、前記第１の本体部は、前記Ｐ型半導体層の上面の角に配置され、前記第１の延伸部は、前記第１の本体部から前記Ｎ型半導体層の前記露出された部分に隣接するＰ型半導体層の側壁に沿って前記Ｎ型半導体層の前記露出された部分に延伸する構成であるＰ型電極と、
前記Ｎ型半導体層の前記露出された部分に配置されたＮ型電極と、
前記Ｐ型電極の下方の前記Ｐ型半導体層の一部、および前記Ｐ型電極の下方の前記Ｎ型半導体層の一部に配置された電流ブロック層、および
前記Ｐ型半導体層の部分の上面に配置され、その一部が前記電流ブロック層と前記Ｐ型電極の間に配置される透明導電層を含むことを特徴とする発光ダイオード。
前記側壁は傾斜面である請求項１に記載した発光ダイオード。
前記Ｎ型半導体層は、長方形の形状を有し、前記長方形の第１側は、前記長方形の第２側より長く、前記Ｐ型電極の前記第１の延伸部は、前記第１側の方向に沿って延伸する構成である請求項２に記載した発光ダイオード。
前記Ｎ型電極は、第２の本体部および第２の延伸部を含み、前記Ｎ型電極の第２の延伸部および前記Ｐ型電極の第１の延伸部は、互いに平行する構成する請求項３に記載した発光ダイオード。
前記Ｐ型半導体層の上面は、第１の領域、第２の領域、および第３の領域に区分され、前記第１の領域は、前記Ｐ型電極の第１の本体部に対応し、前記第２の領域は、前記Ｐ型電極の第１の延伸部および前記Ｎ型電極の第２の延伸部に対応し、前記第３の領域は、前記Ｎ型電極の第２の本体部に対応する請求項４に記載した発光ダイオード。
前記Ｐ型電極の第１の延伸部は、前記Ｐ型半導体層と重複する前記Ｎ型半導体層の領域上に配置されないことを特徴とする請求項１〜５に記載した発光ダイオード。
前記Ｎ型半導体層は、前記基板上に配置される基板を更に有することを特徴とする請求項６に記載した発光ダイオード。
前記Ｐ型半導体層、Ｎ型半導体層、および発光層は、ガリウム含有窒化物から選ばれることを特徴とする請求項７に記載した発光ダイオード。