JP4538176B2 - 発光ダイオード - Google Patents
発光ダイオード Download PDFInfo
- Publication number
- JP4538176B2 JP4538176B2 JP2001374936A JP2001374936A JP4538176B2 JP 4538176 B2 JP4538176 B2 JP 4538176B2 JP 2001374936 A JP2001374936 A JP 2001374936A JP 2001374936 A JP2001374936 A JP 2001374936A JP 4538176 B2 JP4538176 B2 JP 4538176B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light emitting
- emitting diode
- emitting chip
- dielectric antenna
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光チップの光を有効に透過させると共に、表面電極の電気抵抗を小さくでき、さらに、偏光した光を効率よく出すことができる発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードの電極構造を図１と図２に示す。図１の発光ダイオードは、発光チップ２０の両面に一対の電極２１を設けている。一対の電極２１を電源に接続すると発光チップ２０は発光する。この発光チップ２０は、電極２１に電圧が供給されると、電極間に電流が流れて発光する。図において、上面の電極は透明電極２１Ａで、発光チップ２０の発光を透過させる。図２の発光チップ２０は、下面のｎ層にボンディング電極２１Ｂを設けて、上面の電極を透明電極２１Ａとしている。この発光チップ２０は、ｎ層と透明電極２１Ａに電圧を印加して発光させる。発光チップ２０の発光は、透明電極２０Ａを透過して外部に照射される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
透明電極は、光を透過させる必要があるので、ＩＴＯ等の透光性と導電性のある電極が使用される。ＩＴＯ等の透明電極は、比抵抗が高いために内部抵抗が大きく、発光ダイオードの供給電圧を高くする。透明電極は、発光チップを低い電圧で発光させるためには、電気抵抗を小さくする必要がある。しかしながら、電気抵抗の小さい透明電極は、光の透過率が悪くなって発光出力を低下させる。理想的な透明電極は、電気抵抗が小さくて、光の透過率が高いものである。しかしながら、透明電極の電気抵抗と光の透過率は互いに相反する特性であって、両方を満足することが難しい。このことは、透明電極のコストを高くして、発光ダイオードの製造コストを高くする原因ともなっている。現実の発光ダイオードは、透明電極の光の透過率が低下すると発光出力が低下してしまうので、透明電極の光透過率を高くするために、電気抵抗を大きくせざるを得ない。このことが、発光ダイオードの供給電圧を低くするのを難しくしている。
【０００４】
本発明は、従来のこのような欠点を解決することを目的に開発されたもので、従来の構造とは全く異なる構造によって、発光チップの発光を効率よく外部に取り出しながら、発光ダイオードの供給電圧を低くできる発光ダイオードを提供することを目的とする。
さらに、本発明の第２の目的は、偏光した光を効率よく出すことができる発光ダイオードを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の発光ダイオードは、第１の面側に表面電極３を有する発光チップ１と、この発光チップ１の第１の面側と対向する反対側の面にある第２の面側に設けられてなる光反射層６とを有する。表面電極３は、内面で光を反射させる金属電極層で、この表面電極３に光を透過できる複数の貫通孔１４を設けており、この貫通孔１４をスリットとしている。
【０００６】
【０００７】
光反射層６は、光反射面６Ａを凹凸面とすることができる。発光ダイオードは、発光チップ１の光を光反射層６で反射させながらスリットの貫通孔１４から偏光して表面電極３の表面側に透過させることができる。
【０００８】
スリットの貫通孔１４は、そのスリット幅（Ｈ）を、発光チップ１の発光波長のピーク波長λのλ／１０以上、好ましくはλ／５以上、より好ましくはλ／２以上とする。さらに、スリットの貫通孔１４は、スリットの長さ（Ｗ）をスリット幅（Ｈ）よりも大きくすると共に、スリットの長さ（Ｗ）を発光チップの発光波長のピーク波長λのλ／２よりも大きく、より好ましくは、ピーク波長λよりも大きくする。スリットの貫通孔１４は、好ましくは、スリットの長さ（Ｗ）をスリット幅（Ｈ）の２倍よりも大きくする。
【０００９】
発光ダイオードは、発光チップ１をホルダーに固定して、このホルダーに光反射層６を設けることができる。さらに、発光ダイオードは、発光チップの第２の面側に光反射層６を積層して固定することができる。光反射層６の光反射面６Ａは、凹凸面とすることができる。表面電極３は、開口率を２０〜８０％、好ましくは３０〜７０％、より好ましくは４０〜６０％とすることができる。
【００１０】
さらに、本発明の発光ダイオードは、スリット状の貫通孔１４に誘電体アンテナ２を設けている。この発光ダイオードは、誘電体アンテナ２で貫通孔１４付近の光を集めて貫通孔１４を透過させるので、光をより効率よく表面電極３の表面側に透過できる。誘電体アンテナ２は、発光チップ１の表面半導体層４の表面から内部に向かって設けている。誘電体アンテナ２は、発光チップ１の表面半導体層４の表面から突出して設けている。
【００１１】
【００１２】
発光ダイオードは、発光チップ１と光反射層６との間に蛍光体層９を設けることができる。この蛍光体層９は、好ましくは、青色の発光を赤色または黄色に波長変換する。さらに、発光ダイオードは、発光チップ１と光反射層６との間に非線形光学材料層１１を設けることができる。さらに、発光ダイオードは、発光チップ１を、窒化ガリウム系化合物半導体層を積層してなる発光チップとすることができる。
【００１３】
誘電体アンテナ２は、高さ（Ｔ）を発光チップ１の最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍とし、最小幅（Ｄ）を高さの０．５〜２倍とし、隣接する誘電体アンテナ２の間隔（Ｌ）を最大ピーク波長λmaxの０．５〜１０倍とする。誘電体アンテナ２の高さ（Ｔ）は、好ましくは、０．５〜５μｍとする。誘電体アンテナ２は、平面形状を細長い長方形とする角柱状、あるいは平面形状において両端を円弧状とする細長い形状の柱状とすることができる。
【００１４】
誘電体アンテナ２は、多層の誘電体膜１０で形成することができる。誘電体アンテナ２を形成している誘電体の誘電率は、１．１〜１０とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための発光ダイオードを例示するものであって、本発明は発光ダイオードを下記のものに特定しない。
【００１６】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１７】
図３と図４に示す発光ダイオードは、発光チップ１の表面側である第１の面側に表面電極３を配設して、裏面側に光反射層６を設けている。ただし、図３は本発明の実施例を示すものでなく参考例として記載している。表面電極３は内面で光を反射させる金属電極層で、複数の貫通孔１４を開口して、この貫通孔１４に光を透過させる。したがって、本発明の発光ダイオードは、表面電極３に透光性が要求されない。透光性のない表面電極３は金属電極層である。金属電極層は、電気抵抗を極めて小さくできるので、大電流を均一に流すことができる。また、ジュール熱による発熱を少なくできる。この表面電極３は、たとえば、金、アルミニウム、銅、銀等の金属薄膜とすることができる。ただ、表面電極３として、光をわずかに透過させる金属電極層も使用できるのは言うまでもない。
【００１８】
表面電極３の貫通孔１４は、図５ないし図７に示すように、円形、楕円形、多角形等の形状とする。ただし、図５と図６は本発明の実施例にかかるものでなく参考例として記載している。これらの図は、貫通孔１４をわかりやすくするために、表面電極３をクロスハッチングで表している。貫通孔１４の最小幅は、たとえば発光チップの発光波長のピーク波長λのλ／１０よりも大きく、好ましくはλ／５よりも大きく、さらに好ましくはλ／２より大きく、最適にはλよりも大きくする。それは、貫通孔１４に発光ダイオードの発光を効率よく透過させるためである。ただ、貫通孔１４が大きすぎると、表面電極３に多数の貫通孔１４を設けることができなくなって、表面電極３でもって均一に電流を流すことができなくなる。したがって、貫通孔１４は、表面電極３に１０個以上、好ましくは５０個以上、最適には１００個以上設けることができる大きさとする。
【００１９】
表面電極３は、内面で光を反射して、貫通孔１４から光を外部に放射させる。したがって、表面電極３は、貫通孔１４の開口率を大きくして、光の透過率を高くできる。ただ、貫通孔１４の開口率を大きくすると、表面電極３の実質的な電気抵抗が増加する。したがって、貫通孔１４の開口率は、たとえば２０〜８０％、好ましくは３０〜７０％、さらに好ましくは４０〜６０％とする。
【００２０】
図８に示す表面電極３は、貫通孔１４をスリットとしている。スリットは、特定の方向に振動する光を効率よく透過させる。したがって、表面電極３にスリットの貫通孔１４を設けている発光ダイオードは、偏光した光を発光できる。この図も、貫通孔１４をわかりやすくするために、表面電極３をクロスハッチングで表している。
【００２１】
スリット状の貫通孔１４は、スリット幅（Ｈ）を発光チップの発光波長のピーク波長λのλ／１０以上、好ましくはλ／５以上、さらに好ましくはλ／２とする。スリット幅がλ／１０より狭いと、発光チップの発光を透過できなくなる。貫通孔１４は、スリットの長さ（Ｗ）をスリット幅（Ｈ）よりも大きくして、偏光した光を効率よく透過させる。スリットの長さ（Ｗ）は、発光チップの発光を効率よく透過させるために、発光チップの波長のピーク波長λのλ／２よりも大きく、好ましくはλよりも大きくする。
【００２２】
表面電極３に貫通孔１４を設けている発光ダイオードは、図４に示すように、貫通孔１４に誘電体アンテナを設け、あるいは図３に示すようにアンテナを設けることなく、貫通孔１４に光を透過させる。ただし、図４に示す誘導体アンテナの構造は、本発明の実施例を示すものではない。誘電体アンテナ２を設けた発光ダイオードと誘電体アンテナのない発光ダイオードは、表面電極３の内面と光反射層６とで光を反射させながら、貫通孔１４から外部に放出する。
【００２３】
さらに、図３と図４に示す発光ダイオードの発光チップ１は、表面電極３と対向する位置に光反射層６を設けている。光反射層６は、金属製の電極、あるいは電極でない金属層を発光チップ１の裏面半導体層５に設けて形成できる。図３に示す発光チップ１は、裏面半導体層５の下面に裏面電極８を設けて光反射層６としている。この光反射層６は、裏面電極８の表面を光反射面６Ａとしている。さらに、図４に示す発光チップ１は、発光チップ１の裏面半導体層５に金属薄膜を配設して光反射層６を設けている。光反射層６である金属薄膜は、裏面半導体層５と基板１３との間に積層している。この光反射層６も、裏面半導体層５との境界面である表面を光反射面６Ａとしている。さらに、発光ダイオードは、発光チップをホルダーに固定し、このホルダーに光反射層を設けることもできる。
【００２４】
光反射層６は、光反射面６Ａを凹凸面としている。とくに、貫通孔１４をスリットとする発光ダイオードは、光反射面６Ａを凹凸面とする。光を反射して偏光方向を種々の方向とするためである。貫通孔１４を円形ないし多角形として、光を偏光させないで透過させる発光ダイオードは、光反射層６の光反射面６Ａを平滑面とすることもできる。
【００２５】
光反射層６は、図３と図４に示すように、発光チップ１から下方に照射される光を、図の矢印で示すように、光反射面６Ａで反射する。反射光は貫通孔１４を透過して発光チップ１の外部に放射される。貫通孔１４を通過しない光は、表面電極３と光反射層６Ａでの反射を繰り返して、貫通孔１４から外部に照射される。貫通孔１４に誘電体アンテナ２を設けている発光ダイオードは、貫通孔１４付近の光を集めて貫通孔１４に透過させる。このため、実質的には貫通孔１４を大きくしたのと同じ作用で、光をより効率よく表面電極３に透過できる。
【００２６】
光反射層は、必ずしも金属薄箔とする必要はなく、誘電率の異なる材料を交互に積層した多層膜光反射層とすることもできる。この多層膜光反射層は、たとえば、ＡｌＧａＮとＧａＮを交互に積層して形成される。多層膜光反射層である光反射層は、高い反射率で光を反射できるので、基板側へ光の漏れを低減できる。
【００２７】
さらに、図９に示す発光ダイオードの発光チップ１は、光反射層６と裏面半導体層５との間に蛍光体層９を備える。この図に示す発光チップ１は、裏面半導体層５の下面に基板１３を積層しており、この基板１３の下面に蛍光体９を介して光反射層６を積層している。この蛍光体層９は、発光チップ１の発光を波長変換する蛍光体を含有している。この発光ダイオードは、発光チップ１の発光を蛍光体層９で波長変換しながら誘電体アンテナ２から外部に透過させる。とくに、この発光ダイオードは、表面電極３の下面と光反射層６の反射面６Ａとで反射される反射光が蛍光体層９を繰り返し通過するので、効率よく波長変換しながら外部に照射できる特長がある。蛍光体層９は、たとえば、青色の発光を赤色または黄色に波長変換させる蛍光体を含有することができる。
【００２８】
表面電極３の貫通孔１４は、誘電体アンテナ２を設けることにより、開口率を低くして光の透過率を高くできる。誘電体アンテナ２は、貫通孔１４に連結して設けられる。誘電体アンテナ２は、発光チップ１の最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍の高さ（Ｔ）で、最小幅（Ｄ）を高さ（Ｔ）の０．５〜２倍とし、さらに、隣接する誘電体アンテナ２間の間隔（Ｌ）を最大ピーク波長λmaxの０．５〜１０倍とする。さらに、好ましくは、隣接する誘電体アンテナ２の間隔（Ｌ）は、誘電体アンテナの高さ（Ｔ）の０．５〜１０倍とする。
【００２９】
誘電体アンテナ２の高さ（Ｔ）を最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍とするのは、最大ピーク波長λmaxに比較して短すぎても、反対に長すぎても、電磁波である光を受信する感度が低下するからである。また、誘電体アンテナ２の最小幅（Ｄ）も、狭すぎても広すぎても電磁波である光の受信感度が低下し、さらに、隣接する誘電体アンテナ２の間隔（Ｌ）も、狭すぎても広すぎても受信感度が低下する。最大ピーク波長λmaxを約０．５μｍとする発光チップ１に設ける誘電体アンテナ２は、高さ（Ｔ）を最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍とする場合、誘電体アンテナ２の高さ（Ｔ）は、０．２５〜２．５μｍとなる。
【００３０】
誘電体アンテナ２は、図１０に示すように多角柱とし、あるいは図１１に示すように、円柱状とし、あるいはまた、図示しないが楕円柱状とすることもできる。ただし、図１０と図１１は本発明の実施例に係るものではなく、参考例として記載している。さらに、図１２と図１３に示すように、誘電体アンテナ２は、平面形状を細長い長方形とする角柱状とすることもできる。また、図１４に示すように、平面形状において両端を円弧状とする細長い形状の柱状とすることもできる。ただし、これらの図は、誘電体アンテナ２の形状をわかりやすくするために、誘電体アンテナ２の間に配設される表面電極３を取り除いた状態を示している。実際には、誘電体アンテナ２は、表面電極３が設けられる。さらに、以上の図の誘電体アンテナ２は先端を平面状としているが、図示しないが、誘電体アンテナは先端を湾曲面とすることもできる。
【００３１】
誘電体アンテナ２は、無機や有機の誘電体で製作される。誘電体は、誘電率を１．１〜１０とする材質が適している。さらに、誘電体アンテナ２を形成する誘電体の誘電率（ε１）と表面半導体層４の誘電率（ε２）の比（ε１／ε２）は、１．１〜１０とすることができる。無機の誘電体としてガラス、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等が使用できる。有機の誘電体として、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素樹脂等が使用できる。
【００３２】
誘電体アンテナ２は、発光チップ１の表面をエッチングして、エッチングした部分に誘電体を充填して形成できる。図１５は、発光チップ１に誘電体アンテナ２を設ける工程を示す。ただし、図１５に示す誘導体アンテナの構造は、本発明の実施例を示すものではない。図１５の（１）に示す発光チップ１は、表面半導体層４にオーミック接触して表面電極３を設けている。発光チップ１は、両面に電圧を加えると発光する発光ダイオードのチップで、ｐｎ接合の半導体である。発光チップ１のｐｎ接合は、必ずしも１層のｐ層と、１層のｎ層とを積層した層構造ではない。ｐ層とｎ層は、複数の層構成とすることもある。発光チップ１は、発光ダイオードの発光色によってｐｎ接合の半導体と層構造が特定される。たとえば、青色発光、緑色発光、白色発光の発光ダイオードには、窒化ガリウム系化合物半導体層の発光チップが使用される。
【００３３】
発光チップ１は、図１５の（２）に示すように、表面電極３と表面半導体層４をエッチングして、誘電体アンテナ２を設ける凹部７を設ける。図に示す発光チップ１は、エッチングによって、表面電極３を貫通する貫通孔１４を開口すると共に、この貫通孔１４に対向する表面電極層４の表面部分を切欠して凹部７を設けている。その後、図１５の（３）に示すようにエッチングしてできた貫通孔１４と凹部７に誘電体を充填して誘電体アンテナ２を設ける。
【００３４】
図１５の発光チップ１は、誘電体アンテナ２の先端面と表面電極３の表面とをほぼ同一平面として発光チップ１の表面を平滑面としている。ただ、誘電体アンテナの先端面と表面電極の表面は、必ずしも同一平面とする必要はなく、多少は凹凸のある凹凸面とすることもできる。誘電体アンテナは、その先端面を、表面電極の表面よりも多少は低くすることも、逆に高くして表面電極の表面から突出させることもできる。誘電体アンテナの先端面が表面電極の表面よりも低く成形される発光チップは、図１６に示すように、表面電極３の貫通孔１４に充填される誘電体の量を少なく調整して製造される。ただし、この図に示す誘導体アンテナの構造は、本発明の実施例を示すものではない。
【００３５】
誘電体アンテナの先端面が表面電極の表面から突出して成形される発光チップは、図１７に示す工程で製造される。図１７の（１）に示す発光チップ１は、表面半導体層４にオーミック接触して表面電極３を設けている。この発光チップ１は、図１７の（２）に示すように、表面電極３と表面半導体層４をエッチングして、誘電体アンテナ２を設ける貫通孔１４と凹部７を設ける。次に、図１７の（３）に示すように、表面電極３および表面電極層４の表面に誘電体膜１２を積層して設ける。その後、図１７の（４）に示すように、表面電極３の上面に設けられた誘電体膜１２をエッチングして取り除き、表面電極３から突出する誘電体アンテナ２を形成する。誘電体アンテナ２の表面電極３からの突出量は、誘電体膜１２の厚さで調整できる。
【００３６】
誘電体アンテナの先端面が表面電極の表面から突出して成形される発光チップは、図１８に示すように、表面電極３のみをエッチングして誘電体アンテナ２を設けることもできる。ただし、この図は本発明の実施例を示すものではない。この発光チップ１は、表面半導体層４にオーミック接触して表面電極３を設けた後、表面電極３をエッチングして貫通孔１４を設ける。次に、表面電極３および表面電極層４の表面に誘電体膜１２を積層して設ける。その後、表面電極３の上面に設けられた誘電体膜１２をエッチングして取り除き、表面電極３から突出する誘電体アンテナ２を形成する。ただ、表面電極を形成する工程においては、リフトオフ法によって表面電極に貫通孔１４を形成することもできる。
【００３７】
以上の発光チップは、表面電極３の貫通孔１４を貫通して、あるいは、貫通孔１４の内部に誘電体アンテナ２を設けている。ただ、発光チップ１は、図９に示すように、表面電極３に開口された貫通孔１４に対向する位置であって、発光チップ１の表面半導体層４の表面から内部に向かって誘電体アンテナ２を設けることもできる。ただし、図９に示す誘導体アンテナの構造は、本発明の実施例にかかるものでなく、参考例として記載している。この発光ダイオードは、発光チップ１内の発光を誘電体アンテナ２で集光すると共に、表面電極３の貫通孔１４を通過させて表面電極３の表面側に透過させる。
【００３８】
図９に示す発光チップ１は、図１９に示す工程で誘電体アンテナ２を設けることができる。この発光チップ１は、図１９の（２）に示すように、表面半導体層４をエッチングして、誘電体アンテナ２を設ける領域を除去して凹部７を設ける。その後、図１９の（３）に示すように、エッチングしてできた表面電極層４の凹部７に誘電体を充填して誘電体アンテナ２を形成する。次に、図１９の（４）に示すように、リフトオフ法によって、誘電体アンテナ２間に表面電極３を形成する。このとき、表面電極３は、誘電体アンテナ２に位置して貫通孔１４が開口された状態に形成される。
【００３９】
さらに、図９に示す発光チップ１は、図２０に示す工程で、表面電極３の貫通孔１４に対向する位置に誘電体アンテナ２を設けることもできる。この発光チップ１は、図２０の（２）に示すように、表面電極３をエッチングして、表面電極３を貫通する貫通孔１４を開口する。このとき、表面電極層４の表面部分はエッチングされない。ただ、表面電極の貫通孔１４は、リフトオフ法によって形成することもできる。さらに、表面電極３の貫通孔１４にイオン注入を行って、図２０の（３）に示すように、表面半導体層４の誘電率を部分的に高くさせて誘電体アンテナ２を成形する。貫通孔１４に注入されるイオンには、ヒ素、ガリウム、アルミニウム等のイオンが使用できる。貫通孔１４から注入されるイオンは、表面半導体層４である半導体を変質させて誘電率を高くさせる。
【００４０】
さらに、発光チップは、図１９または図２０に示す工程で、表面半導体層４の表面から内部に向かって誘電体アンテナ２を設けた後、さらに、表面電極３に開口された貫通孔１４から突出する誘電体アンテナ２を形成することもできる。この発光チップは、図２１に示すように、表面半導体層４の表面に形成された誘電体アンテナ２と、表面電極３の表面に誘電体膜１２を積層して設けた後、表面電極３の上面に設けられた誘電体膜１２をエッチングして取り除き、表面電極３から突出する誘電体アンテナ２を形成する。この誘電体アンテナは、好ましくは、先の工程で表面半導体層４に形成された誘電体アンテナ２の誘電率よりも、貫通孔１４から突出して形成される誘電体アンテナ２の誘電率を高くする。
【００４１】
以上の工程で、発光チップ１は、誘電体アンテナ２の間に表面電極３が配設される。誘電体アンテナ２は、表面電極３の貫通孔１４に対向する位置に設けられる。この構造で発光チップ１に設けられた誘電体アンテナ２は、その周囲に入射する光を集光して表面電極３の表面側に透過させる。誘電体アンテナ２が周囲の光を集光するので、誘電体アンテナ２の間に、光を透過させない表面電極３を設けても、表面電極３によって光の透過率は低下しない。
【００４２】
さらに、本発明の発光ダイオードは、図２２に示すように、誘電体アンテナ２を多層の誘電体膜１０で成形することもできる。ただし、この図に示す誘導体アンテナの構造は、本発明の実施例を示すものではない。この構造の誘電体アンテナ２は、誘電体膜１０の材質と厚さと積層数を特定することによって、所定の波長の光の透過を抑制することができる。この誘電体アンテナ２は、たとえば、青色の透過光の強度を抑制させるように誘電体膜１０の材質と厚さと積層数を調整して、青色の反射率を高めることができる。さらに、この図に示す発光ダイオードは、図９に示す発光ダイオードと同様に、光反射層６と裏面半導体層５との間に蛍光体層９を設けているので、誘電体膜１０で反射される青色の発光を、蛍光体層９でより効率よく赤色または黄色に波長変換できる特長がある。
【００４３】
さらにまた、図２３に示す発光ダイオードは、光反射層６と裏面半導体層５との間に非線形光学材料層１１を備える。ただし、この図に示す誘導体アンテナの構造は、本発明の実施例を示すものではない。この図に示す発光チップ１は、裏面半導体層５の下面にガラス基板１３を積層しており、このガラス基板１３の下面に非線形光学材料層１１を介して光反射層６を積層している。非線形光学材料層１１は、非線形光学効果によって、光の波長や周波数を変換させる。非線形光学材料層１１は、ここを通過する光の周波数を高周波に変換させて、より短波長の光を取り出すことができる。とくに、この発光ダイオードは、表面電極３の下面と光反射層６の光反射面６Ａとで反射される反射光が繰り返し非線形光学材料層１１を通過するので、効率よく周波数変換できる特長がある。非線形光学材料層１１には、たとえば、ＡＤＰ、ＫＤＰ、ＢＢＯ等が使用できる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の発光ダイオードは、発光チップの発光を効率よく外部に取り出しながら、発光ダイオードの供給電圧を低くできる優れた特長がある。それは、本発明の発光ダイオードが、発光チップの第１の面側に金属電極層である表面電極を、反対側の第２の面側に光反射層を設けており、この表面電極に複数の貫通孔を設けて、発光チップの光を光反射層で反射させながら貫通孔から表面電極の表面側に透過させているからである。この発光ダイオードは、表面電極の内面と光反射層で反射される光を貫通孔から外部に放出するので、表面電極を透光性のない金属電極層としても、発光チップの光を表面側に透過できる。このため、比抵抗が高くて内部抵抗が大きく、しかも高価な透明電極を使用することなく、発光チップの発光を効率よく外部に取り出しできる。したがって、本発明の発光ダイオードは、表面電極の電気抵抗を小さくして、低い供給電圧で発光チップを発光できると共に、発光ダイオードの製造コストを低減して、安価に多量生産できる。
【００４５】
さらに、本発明の発光ダイオードは、偏光した光を効率よく出すことができる特長がある。それは、この発光ダイオードが、表面電極に設けた複数の貫通孔をスリットとすると共に、光反射層の光反射面を凹凸面としており、発光チップの光を光反射層で反射させながら、スリットの貫通孔から偏光して表面電極の表面側に透過させているからである。とくに、本発明の発光ダイオードは、スリットの貫通孔に誘電体アンテナを設けているので、偏光した光をさらに効率よく出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の発光ダイオードの電極構造を示す概略断面図
【図２】 従来の他の発光ダイオードの電極構造を示す概略断面図
【図３】 本発明の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す一部拡大断面図
【図４】 本発明の他の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す一部拡大断面図
【図５】 表面電極の貫通孔の一例を示す平面図
【図６】 表面電極の貫通孔の他の一例を示す平面図
【図７】 表面電極の貫通孔の他の一例を示す平面図
【図８】 表面電極の貫通孔の他の一例を示す平面図
【図９】 本発明の他の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す拡大断面図
【図１０】 誘電体アンテナの一例を示す拡大断面斜視図
【図１１】 誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図
【図１２】 誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図
【図１３】 誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図
【図１４】 誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図
【図１５】 表面電極の貫通孔に誘電体アンテナを設ける工程を示す断面図
【図１６】 表面電極の貫通孔に誘電体アンテナを設ける工程の他の一例を示す断面図
【図１７】 表面電極の貫通孔に誘電体アンテナを設ける工程の他の一例を示す断面図
【図１８】 表面電極の貫通孔に誘電体アンテナを設ける工程の他の一例を示す断面図
【図１９】 表面電極の貫通孔に誘電体アンテナを設ける工程の他の一例を示す断面図
【図２０】 表面電極の貫通孔に誘電体アンテナを設ける工程の他の一例を示す断面図
【図２１】 表面電極の貫通孔に誘電体アンテナを設ける工程の他の一例を示す断面図
【図２２】 本発明の他の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す一部拡大断面図
【図２３】 本発明の他の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す拡大断面図
【符号の説明】
１…発光チップ
２…誘電体アンテナ
３…表面電極
４…表面電極層
５…裏面半導体層
６…光反射層 ６Ａ…光反射面
７…凹部
８…裏面電極
９…蛍光体層
１０…誘電体膜
１１…非線形光学材料層
１２…誘電体膜
１３…基板
１４…貫通孔
２０…発光チップ
２１…電極 ２１Ａ…透明電極
２１Ｂ…ボンディング
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光チップの光を有効に透過させると共に、表面電極の電気抵抗を小さくでき、さらに、偏光した光を効率よく出すことができる発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードの電極構造を図１と図２に示す。図１の発光ダイオードは、発光チップ２０の両面に一対の電極２１を設けている。一対の電極２１を電源に接続すると発光チップ２０は発光する。この発光チップ２０は、電極２１に電圧が供給されると、電極間に電流が流れて発光する。図において、上面の電極は透明電極２１Ａで、発光チップ２０の発光を透過させる。図２の発光チップ２０は、下面のｎ層にボンディング電極２１Ｂを設けて、上面の電極を透明電極２１Ａとしている。この発光チップ２０は、ｎ層と透明電極２１Ａに電圧を印加して発光させる。発光チップ２０の発光は、透明電極２０Ａを透過して外部に照射される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
透明電極は、光を透過させる必要があるので、ＩＴＯ等の透光性と導電性のある電極が使用される。ＩＴＯ等の透明電極は、比抵抗が高いために内部抵抗が大きく、発光ダイオードの供給電圧を高くする。透明電極は、発光チップを低い電圧で発光させるためには、電気抵抗を小さくする必要がある。しかしながら、電気抵抗の小さい透明電極は、光の透過率が悪くなって発光出力を低下させる。理想的な透明電極は、電気抵抗が小さくて、光の透過率が高いものである。しかしながら、透明電極の電気抵抗と光の透過率は互いに相反する特性であって、両方を満足することが難しい。このことは、透明電極のコストを高くして、発光ダイオードの製造コストを高くする原因ともなっている。現実の発光ダイオードは、透明電極の光の透過率が低下すると発光出力が低下してしまうので、透明電極の光透過率を高くするために、電気抵抗を大きくせざるを得ない。このことが、発光ダイオードの供給電圧を低くするのを難しくしている。
【０００４】
本発明は、従来のこのような欠点を解決することを目的に開発されたもので、従来の構造とは全く異なる構造によって、発光チップの発光を効率よく外部に取り出しながら、発光ダイオードの供給電圧を低くできる発光ダイオードを提供することを目的とする。
さらに、本発明の第２の目的は、偏光した光を効率よく出すことができる発光ダイオードを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の発光ダイオードは、第１の面側に表面電極３を有する発光チップ１と、この発光チップ１の第１の面側と対向する反対側の面にある第２の面側に設けられてなる光反射層６とを有する。表面電極３は、内面で光を反射させる金属電極層で、この表面電極３に光を透過できる複数の貫通孔１４を設けており、この貫通孔１４をスリットとしている。
【０００６】
【０００７】
光反射層６は、光反射面６Ａを凹凸面とすることができる。発光ダイオードは、発光チップ１の光を光反射層６で反射させながらスリットの貫通孔１４から偏光して表面電極３の表面側に透過させることができる。
【０００８】
スリットの貫通孔１４は、そのスリット幅（Ｈ）を、発光チップ１の発光波長のピーク波長λのλ／１０以上、好ましくはλ／５以上、より好ましくはλ／２以上とする。さらに、スリットの貫通孔１４は、スリットの長さ（Ｗ）をスリット幅（Ｈ）よりも大きくすると共に、スリットの長さ（Ｗ）を発光チップの発光波長のピーク波長λのλ／２よりも大きく、より好ましくは、ピーク波長λよりも大きくする。スリットの貫通孔１４は、好ましくは、スリットの長さ（Ｗ）をスリット幅（Ｈ）の２倍よりも大きくする。
【０００９】
発光ダイオードは、発光チップ１をホルダーに固定して、このホルダーに光反射層６を設けることができる。さらに、発光ダイオードは、発光チップの第２の面側に光反射層６を積層して固定することができる。光反射層６の光反射面６Ａは、凹凸面とすることができる。表面電極３は、開口率を２０〜８０％、好ましくは３０〜７０％、より好ましくは４０〜６０％とすることができる。
【００１０】
さらに、本発明の発光ダイオードは、スリット状の貫通孔１４に誘電体アンテナ２を設けている。この発光ダイオードは、誘電体アンテナ２で貫通孔１４付近の光を集めて貫通孔１４を透過させるので、光をより効率よく表面電極３の表面側に透過できる。誘電体アンテナ２は、発光チップ１の表面半導体層４の表面から内部に向かって設けている。誘電体アンテナ２は、発光チップ１の表面半導体層４の表面から突出して設けている。
【００１１】
【００１２】
発光ダイオードは、発光チップ１と光反射層６との間に蛍光体層９を設けることができる。この蛍光体層９は、好ましくは、青色の発光を赤色または黄色に波長変換する。さらに、発光ダイオードは、発光チップ１と光反射層６との間に非線形光学材料層１１を設けることができる。さらに、発光ダイオードは、発光チップ１を、窒化ガリウム系化合物半導体層を積層してなる発光チップとすることができる。
【００１３】
誘電体アンテナ２は、高さ（Ｔ）を発光チップ１の最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍とし、最小幅（Ｄ）を高さの０．５〜２倍とし、隣接する誘電体アンテナ２の間隔（Ｌ）を最大ピーク波長λmaxの０．５〜１０倍とする。誘電体アンテナ２の高さ（Ｔ）は、好ましくは、０．５〜５μｍとする。誘電体アンテナ２は、平面形状を細長い長方形とする角柱状、あるいは平面形状において両端を円弧状とする細長い形状の柱状とすることができる。
【００１４】
誘電体アンテナ２は、多層の誘電体膜１０で形成することができる。誘電体アンテナ２を形成している誘電体の誘電率は、１．１〜１０とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための発光ダイオードを例示するものであって、本発明は発光ダイオードを下記のものに特定しない。
【００１６】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１７】
図３と図４に示す発光ダイオードは、発光チップ１の表面側である第１の面側に表面電極３を配設して、裏面側に光反射層６を設けている。ただし、図３は本発明の実施例を示すものでなく参考例として記載している。表面電極３は内面で光を反射させる金属電極層で、複数の貫通孔１４を開口して、この貫通孔１４に光を透過させる。したがって、本発明の発光ダイオードは、表面電極３に透光性が要求されない。透光性のない表面電極３は金属電極層である。金属電極層は、電気抵抗を極めて小さくできるので、大電流を均一に流すことができる。また、ジュール熱による発熱を少なくできる。この表面電極３は、たとえば、金、アルミニウム、銅、銀等の金属薄膜とすることができる。ただ、表面電極３として、光をわずかに透過させる金属電極層も使用できるのは言うまでもない。
【００１８】
表面電極３の貫通孔１４は、図５ないし図７に示すように、円形、楕円形、多角形等の形状とする。ただし、図５と図６は本発明の実施例にかかるものでなく参考例として記載している。これらの図は、貫通孔１４をわかりやすくするために、表面電極３をクロスハッチングで表している。貫通孔１４の最小幅は、たとえば発光チップの発光波長のピーク波長λのλ／１０よりも大きく、好ましくはλ／５よりも大きく、さらに好ましくはλ／２より大きく、最適にはλよりも大きくする。それは、貫通孔１４に発光ダイオードの発光を効率よく透過させるためである。ただ、貫通孔１４が大きすぎると、表面電極３に多数の貫通孔１４を設けることができなくなって、表面電極３でもって均一に電流を流すことができなくなる。したがって、貫通孔１４は、表面電極３に１０個以上、好ましくは５０個以上、最適には１００個以上設けることができる大きさとする。
【００１９】
表面電極３は、内面で光を反射して、貫通孔１４から光を外部に放射させる。したがって、表面電極３は、貫通孔１４の開口率を大きくして、光の透過率を高くできる。ただ、貫通孔１４の開口率を大きくすると、表面電極３の実質的な電気抵抗が増加する。したがって、貫通孔１４の開口率は、たとえば２０〜８０％、好ましくは３０〜７０％、さらに好ましくは４０〜６０％とする。
【００２０】
図８に示す表面電極３は、貫通孔１４をスリットとしている。スリットは、特定の方向に振動する光を効率よく透過させる。したがって、表面電極３にスリットの貫通孔１４を設けている発光ダイオードは、偏光した光を発光できる。この図も、貫通孔１４をわかりやすくするために、表面電極３をクロスハッチングで表している。
【００２１】
スリット状の貫通孔１４は、スリット幅（Ｈ）を発光チップの発光波長のピーク波長λのλ／１０以上、好ましくはλ／５以上、さらに好ましくはλ／２とする。スリット幅がλ／１０より狭いと、発光チップの発光を透過できなくなる。貫通孔１４は、スリットの長さ（Ｗ）をスリット幅（Ｈ）よりも大きくして、偏光した光を効率よく透過させる。スリットの長さ（Ｗ）は、発光チップの発光を効率よく透過させるために、発光チップの波長のピーク波長λのλ／２よりも大きく、好ましくはλよりも大きくする。
【００２２】
表面電極３に貫通孔１４を設けている発光ダイオードは、図４に示すように、貫通孔１４に誘電体アンテナを設け、あるいは図３に示すようにアンテナを設けることなく、貫通孔１４に光を透過させる。ただし、図４に示す誘導体アンテナの構造は、本発明の実施例を示すものではない。誘電体アンテナ２を設けた発光ダイオードと誘電体アンテナのない発光ダイオードは、表面電極３の内面と光反射層６とで光を反射させながら、貫通孔１４から外部に放出する。
【００２３】
さらに、図３と図４に示す発光ダイオードの発光チップ１は、表面電極３と対向する位置に光反射層６を設けている。光反射層６は、金属製の電極、あるいは電極でない金属層を発光チップ１の裏面半導体層５に設けて形成できる。図３に示す発光チップ１は、裏面半導体層５の下面に裏面電極８を設けて光反射層６としている。この光反射層６は、裏面電極８の表面を光反射面６Ａとしている。さらに、図４に示す発光チップ１は、発光チップ１の裏面半導体層５に金属薄膜を配設して光反射層６を設けている。光反射層６である金属薄膜は、裏面半導体層５と基板１３との間に積層している。この光反射層６も、裏面半導体層５との境界面である表面を光反射面６Ａとしている。さらに、発光ダイオードは、発光チップをホルダーに固定し、このホルダーに光反射層を設けることもできる。
【００２４】
光反射層６は、光反射面６Ａを凹凸面としている。とくに、貫通孔１４をスリットとする発光ダイオードは、光反射面６Ａを凹凸面とする。光を反射して偏光方向を種々の方向とするためである。貫通孔１４を円形ないし多角形として、光を偏光させないで透過させる発光ダイオードは、光反射層６の光反射面６Ａを平滑面とすることもできる。
【００２５】
光反射層６は、図３と図４に示すように、発光チップ１から下方に照射される光を、図の矢印で示すように、光反射面６Ａで反射する。反射光は貫通孔１４を透過して発光チップ１の外部に放射される。貫通孔１４を通過しない光は、表面電極３と光反射層６Ａでの反射を繰り返して、貫通孔１４から外部に照射される。貫通孔１４に誘電体アンテナ２を設けている発光ダイオードは、貫通孔１４付近の光を集めて貫通孔１４に透過させる。このため、実質的には貫通孔１４を大きくしたのと同じ作用で、光をより効率よく表面電極３に透過できる。
【００２６】
光反射層は、必ずしも金属薄箔とする必要はなく、誘電率の異なる材料を交互に積層した多層膜光反射層とすることもできる。この多層膜光反射層は、たとえば、ＡｌＧａＮとＧａＮを交互に積層して形成される。多層膜光反射層である光反射層は、高い反射率で光を反射できるので、基板側へ光の漏れを低減できる。
【００２７】
さらに、図９に示す発光ダイオードの発光チップ１は、光反射層６と裏面半導体層５との間に蛍光体層９を備える。この図に示す発光チップ１は、裏面半導体層５の下面に基板１３を積層しており、この基板１３の下面に蛍光体９を介して光反射層６を積層している。この蛍光体層９は、発光チップ１の発光を波長変換する蛍光体を含有している。この発光ダイオードは、発光チップ１の発光を蛍光体層９で波長変換しながら誘電体アンテナ２から外部に透過させる。とくに、この発光ダイオードは、表面電極３の下面と光反射層６の反射面６Ａとで反射される反射光が蛍光体層９を繰り返し通過するので、効率よく波長変換しながら外部に照射できる特長がある。蛍光体層９は、たとえば、青色の発光を赤色または黄色に波長変換させる蛍光体を含有することができる。
【００２８】
表面電極３の貫通孔１４は、誘電体アンテナ２を設けることにより、開口率を低くして光の透過率を高くできる。誘電体アンテナ２は、貫通孔１４に連結して設けられる。誘電体アンテナ２は、発光チップ１の最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍の高さ（Ｔ）で、最小幅（Ｄ）を高さ（Ｔ）の０．５〜２倍とし、さらに、隣接する誘電体アンテナ２間の間隔（Ｌ）を最大ピーク波長λmaxの０．５〜１０倍とする。さらに、好ましくは、隣接する誘電体アンテナ２の間隔（Ｌ）は、誘電体アンテナの高さ（Ｔ）の０．５〜１０倍とする。
【００２９】
誘電体アンテナ２の高さ（Ｔ）を最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍とするのは、最大ピーク波長λmaxに比較して短すぎても、反対に長すぎても、電磁波である光を受信する感度が低下するからである。また、誘電体アンテナ２の最小幅（Ｄ）も、狭すぎても広すぎても電磁波である光の受信感度が低下し、さらに、隣接する誘電体アンテナ２の間隔（Ｌ）も、狭すぎても広すぎても受信感度が低下する。最大ピーク波長λmaxを約０．５μｍとする発光チップ１に設ける誘電体アンテナ２は、高さ（Ｔ）を最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍とする場合、誘電体アンテナ２の高さ（Ｔ）は、０．２５〜２．５μｍとなる。
【００３０】
誘電体アンテナ２は、図１０に示すように多角柱とし、あるいは図１１に示すように、円柱状とし、あるいはまた、図示しないが楕円柱状とすることもできる。ただし、図１０と図１１は本発明の実施例に係るものではなく、参考例として記載している。さらに、図１２と図１３に示すように、誘電体アンテナ２は、平面形状を細長い長方形とする角柱状とすることもできる。また、図１４に示すように、平面形状において両端を円弧状とする細長い形状の柱状とすることもできる。ただし、これらの図は、誘電体アンテナ２の形状をわかりやすくするために、誘電体アンテナ２の間に配設される表面電極３を取り除いた状態を示している。実際には、誘電体アンテナ２は、表面電極３が設けられる。さらに、以上の図の誘電体アンテナ２は先端を平面状としているが、図示しないが、誘電体アンテナは先端を湾曲面とすることもできる。
【００３１】
誘電体アンテナ２は、無機や有機の誘電体で製作される。誘電体は、誘電率を１．１〜１０とする材質が適している。さらに、誘電体アンテナ２を形成する誘電体の誘電率（ε１）と表面半導体層４の誘電率（ε２）の比（ε１／ε２）は、１．１〜１０とすることができる。無機の誘電体としてガラス、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等が使用できる。有機の誘電体として、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素樹脂等が使用できる。
【００３２】
誘電体アンテナ２は、発光チップ１の表面をエッチングして、エッチングした部分に誘電体を充填して形成できる。図１５は、発光チップ１に誘電体アンテナ２を設ける工程を示す。ただし、図１５に示す誘導体アンテナの構造は、本発明の実施例を示すものではない。図１５の（１）に示す発光チップ１は、表面半導体層４にオーミック接触して表面電極３を設けている。発光チップ１は、両面に電圧を加えると発光する発光ダイオードのチップで、ｐｎ接合の半導体である。発光チップ１のｐｎ接合は、必ずしも１層のｐ層と、１層のｎ層とを積層した層構造ではない。ｐ層とｎ層は、複数の層構成とすることもある。発光チップ１は、発光ダイオードの発光色によってｐｎ接合の半導体と層構造が特定される。たとえば、青色発光、緑色発光、白色発光の発光ダイオードには、窒化ガリウム系化合物半導体層の発光チップが使用される。
【００３３】
発光チップ１は、図１５の（２）に示すように、表面電極３と表面半導体層４をエッチングして、誘電体アンテナ２を設ける凹部７を設ける。図に示す発光チップ１は、エッチングによって、表面電極３を貫通する貫通孔１４を開口すると共に、この貫通孔１４に対向する表面電極層４の表面部分を切欠して凹部７を設けている。その後、図１５の（３）に示すようにエッチングしてできた貫通孔１４と凹部７に誘電体を充填して誘電体アンテナ２を設ける。
【００３４】
図１５の発光チップ１は、誘電体アンテナ２の先端面と表面電極３の表面とをほぼ同一平面として発光チップ１の表面を平滑面としている。ただ、誘電体アンテナの先端面と表面電極の表面は、必ずしも同一平面とする必要はなく、多少は凹凸のある凹凸面とすることもできる。誘電体アンテナは、その先端面を、表面電極の表面よりも多少は低くすることも、逆に高くして表面電極の表面から突出させることもできる。誘電体アンテナの先端面が表面電極の表面よりも低く成形される発光チップは、図１６に示すように、表面電極３の貫通孔１４に充填される誘電体の量を少なく調整して製造される。ただし、この図に示す誘導体アンテナの構造は、本発明の実施例を示すものではない。
【００３５】
誘電体アンテナの先端面が表面電極の表面から突出して成形される発光チップは、図１７に示す工程で製造される。図１７の（１）に示す発光チップ１は、表面半導体層４にオーミック接触して表面電極３を設けている。この発光チップ１は、図１７の（２）に示すように、表面電極３と表面半導体層４をエッチングして、誘電体アンテナ２を設ける貫通孔１４と凹部７を設ける。次に、図１７の（３）に示すように、表面電極３および表面電極層４の表面に誘電体膜１２を積層して設ける。その後、図１７の（４）に示すように、表面電極３の上面に設けられた誘電体膜１２をエッチングして取り除き、表面電極３から突出する誘電体アンテナ２を形成する。誘電体アンテナ２の表面電極３からの突出量は、誘電体膜１２の厚さで調整できる。
【００３６】
誘電体アンテナの先端面が表面電極の表面から突出して成形される発光チップは、図１８に示すように、表面電極３のみをエッチングして誘電体アンテナ２を設けることもできる。ただし、この図は本発明の実施例を示すものではない。この発光チップ１は、表面半導体層４にオーミック接触して表面電極３を設けた後、表面電極３をエッチングして貫通孔１４を設ける。次に、表面電極３および表面電極層４の表面に誘電体膜１２を積層して設ける。その後、表面電極３の上面に設けられた誘電体膜１２をエッチングして取り除き、表面電極３から突出する誘電体アンテナ２を形成する。ただ、表面電極を形成する工程においては、リフトオフ法によって表面電極に貫通孔１４を形成することもできる。
【００３７】
以上の発光チップは、表面電極３の貫通孔１４を貫通して、あるいは、貫通孔１４の内部に誘電体アンテナ２を設けている。ただ、発光チップ１は、図９に示すように、表面電極３に開口された貫通孔１４に対向する位置であって、発光チップ１の表面半導体層４の表面から内部に向かって誘電体アンテナ２を設けることもできる。ただし、図９に示す誘導体アンテナの構造は、本発明の実施例にかかるものでなく、参考例として記載している。この発光ダイオードは、発光チップ１内の発光を誘電体アンテナ２で集光すると共に、表面電極３の貫通孔１４を通過させて表面電極３の表面側に透過させる。
【００３８】
図９に示す発光チップ１は、図１９に示す工程で誘電体アンテナ２を設けることができる。この発光チップ１は、図１９の（２）に示すように、表面半導体層４をエッチングして、誘電体アンテナ２を設ける領域を除去して凹部７を設ける。その後、図１９の（３）に示すように、エッチングしてできた表面電極層４の凹部７に誘電体を充填して誘電体アンテナ２を形成する。次に、図１９の（４）に示すように、リフトオフ法によって、誘電体アンテナ２間に表面電極３を形成する。このとき、表面電極３は、誘電体アンテナ２に位置して貫通孔１４が開口された状態に形成される。
【００３９】
さらに、図９に示す発光チップ１は、図２０に示す工程で、表面電極３の貫通孔１４に対向する位置に誘電体アンテナ２を設けることもできる。この発光チップ１は、図２０の（２）に示すように、表面電極３をエッチングして、表面電極３を貫通する貫通孔１４を開口する。このとき、表面電極層４の表面部分はエッチングされない。ただ、表面電極の貫通孔１４は、リフトオフ法によって形成することもできる。さらに、表面電極３の貫通孔１４にイオン注入を行って、図２０の（３）に示すように、表面半導体層４の誘電率を部分的に高くさせて誘電体アンテナ２を成形する。貫通孔１４に注入されるイオンには、ヒ素、ガリウム、アルミニウム等のイオンが使用できる。貫通孔１４から注入されるイオンは、表面半導体層４である半導体を変質させて誘電率を高くさせる。
【００４０】
さらに、発光チップは、図１９または図２０に示す工程で、表面半導体層４の表面から内部に向かって誘電体アンテナ２を設けた後、さらに、表面電極３に開口された貫通孔１４から突出する誘電体アンテナ２を形成することもできる。この発光チップは、図２１に示すように、表面半導体層４の表面に形成された誘電体アンテナ２と、表面電極３の表面に誘電体膜１２を積層して設けた後、表面電極３の上面に設けられた誘電体膜１２をエッチングして取り除き、表面電極３から突出する誘電体アンテナ２を形成する。この誘電体アンテナは、好ましくは、先の工程で表面半導体層４に形成された誘電体アンテナ２の誘電率よりも、貫通孔１４から突出して形成される誘電体アンテナ２の誘電率を高くする。
【００４１】
以上の工程で、発光チップ１は、誘電体アンテナ２の間に表面電極３が配設される。誘電体アンテナ２は、表面電極３の貫通孔１４に対向する位置に設けられる。この構造で発光チップ１に設けられた誘電体アンテナ２は、その周囲に入射する光を集光して表面電極３の表面側に透過させる。誘電体アンテナ２が周囲の光を集光するので、誘電体アンテナ２の間に、光を透過させない表面電極３を設けても、表面電極３によって光の透過率は低下しない。
【００４２】
さらに、本発明の発光ダイオードは、図２２に示すように、誘電体アンテナ２を多層の誘電体膜１０で成形することもできる。ただし、この図に示す誘導体アンテナの構造は、本発明の実施例を示すものではない。この構造の誘電体アンテナ２は、誘電体膜１０の材質と厚さと積層数を特定することによって、所定の波長の光の透過を抑制することができる。この誘電体アンテナ２は、たとえば、青色の透過光の強度を抑制させるように誘電体膜１０の材質と厚さと積層数を調整して、青色の反射率を高めることができる。さらに、この図に示す発光ダイオードは、図９に示す発光ダイオードと同様に、光反射層６と裏面半導体層５との間に蛍光体層９を設けているので、誘電体膜１０で反射される青色の発光を、蛍光体層９でより効率よく赤色または黄色に波長変換できる特長がある。
【００４３】
さらにまた、図２３に示す発光ダイオードは、光反射層６と裏面半導体層５との間に非線形光学材料層１１を備える。ただし、この図に示す誘導体アンテナの構造は、本発明の実施例を示すものではない。この図に示す発光チップ１は、裏面半導体層５の下面にガラス基板１３を積層しており、このガラス基板１３の下面に非線形光学材料層１１を介して光反射層６を積層している。非線形光学材料層１１は、非線形光学効果によって、光の波長や周波数を変換させる。非線形光学材料層１１は、ここを通過する光の周波数を高周波に変換させて、より短波長の光を取り出すことができる。とくに、この発光ダイオードは、表面電極３の下面と光反射層６の光反射面６Ａとで反射される反射光が繰り返し非線形光学材料層１１を通過するので、効率よく周波数変換できる特長がある。非線形光学材料層１１には、たとえば、ＡＤＰ、ＫＤＰ、ＢＢＯ等が使用できる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の発光ダイオードは、発光チップの発光を効率よく外部に取り出しながら、発光ダイオードの供給電圧を低くできる優れた特長がある。それは、本発明の発光ダイオードが、発光チップの第１の面側に金属電極層である表面電極を、反対側の第２の面側に光反射層を設けており、この表面電極に複数の貫通孔を設けて、発光チップの光を光反射層で反射させながら貫通孔から表面電極の表面側に透過させているからである。この発光ダイオードは、表面電極の内面と光反射層で反射される光を貫通孔から外部に放出するので、表面電極を透光性のない金属電極層としても、発光チップの光を表面側に透過できる。このため、比抵抗が高くて内部抵抗が大きく、しかも高価な透明電極を使用することなく、発光チップの発光を効率よく外部に取り出しできる。したがって、本発明の発光ダイオードは、表面電極の電気抵抗を小さくして、低い供給電圧で発光チップを発光できると共に、発光ダイオードの製造コストを低減して、安価に多量生産できる。
【００４５】
さらに、本発明の発光ダイオードは、偏光した光を効率よく出すことができる特長がある。それは、この発光ダイオードが、表面電極に設けた複数の貫通孔をスリットとすると共に、光反射層の光反射面を凹凸面としており、発光チップの光を光反射層で反射させながら、スリットの貫通孔から偏光して表面電極の表面側に透過させているからである。とくに、本発明の発光ダイオードは、スリットの貫通孔に誘電体アンテナを設けているので、偏光した光をさらに効率よく出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の発光ダイオードの電極構造を示す概略断面図
【図２】 従来の他の発光ダイオードの電極構造を示す概略断面図
【図３】 本発明の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す一部拡大断面図
【図４】 本発明の他の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す一部拡大断面図
【図５】 表面電極の貫通孔の一例を示す平面図
【図６】 表面電極の貫通孔の他の一例を示す平面図
【図７】 表面電極の貫通孔の他の一例を示す平面図
【図８】 表面電極の貫通孔の他の一例を示す平面図
【図９】 本発明の他の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す拡大断面図
【図１０】 誘電体アンテナの一例を示す拡大断面斜視図
【図１１】 誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図
【図１２】 誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図
【図１３】 誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図
【図１４】 誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図
【図１５】 表面電極の貫通孔に誘電体アンテナを設ける工程を示す断面図
【図１６】 表面電極の貫通孔に誘電体アンテナを設ける工程の他の一例を示す断面図
【図１７】 表面電極の貫通孔に誘電体アンテナを設ける工程の他の一例を示す断面図
【図１８】 表面電極の貫通孔に誘電体アンテナを設ける工程の他の一例を示す断面図
【図１９】 表面電極の貫通孔に誘電体アンテナを設ける工程の他の一例を示す断面図
【図２０】 表面電極の貫通孔に誘電体アンテナを設ける工程の他の一例を示す断面図
【図２１】 表面電極の貫通孔に誘電体アンテナを設ける工程の他の一例を示す断面図
【図２２】 本発明の他の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す一部拡大断面図
【図２３】 本発明の他の参考例の発光ダイオードの電極構造を示す拡大断面図
【符号の説明】
１…発光チップ
２…誘電体アンテナ
３…表面電極
４…表面電極層
５…裏面半導体層
６…光反射層 ６Ａ…光反射面
７…凹部
８…裏面電極
９…蛍光体層
１０…誘電体膜
１１…非線形光学材料層
１２…誘電体膜
１３…基板
１４…貫通孔
２０…発光チップ
２１…電極 ２１Ａ…透明電極
２１Ｂ…ボンディング
Claims (15)
- 第１の面側に表面電極(3)を有する発光チップ(1)と、この発光チップ(1)の第１の面側と対向する反対側の面にある第２の面側に設けられてなる光反射層(6)とを有する発光ダイオードであって、
表面電極(3)が内面で光を反射させる金属電極層で、この表面電極(3)に光を透過できる複数の貫通孔(14)を設けて
この貫通孔をスリットとして、
このスリットの長さ(W)をスリット幅(H)よりも大きく、かつ発光チップ(1)の発光波長のピーク波長λのλ／２よりも大きくしており、
さらにまた貫通孔(14)には誘電体アンテナ(2)を設けて、
この誘電体アンテナ(2)を発光チップ(1)の表面半導体層(4)の表面に設けている表面電極(3)から突出するように設けており、さらに、この誘電体アンテナ(2)は、発光チップ(1)の表面半導体層(4)の表面から内部に向かって突出して設けられ、
前記誘電体アンテナ(2)は柱状であって、誘電体アンテナ(2)を形成している誘電体の誘電率を１．１〜１０としており、
また、誘電体アンテナ(2)の高さ(T)が発光チップ(1)の最大ピーク波長λmaxの０．５〜５倍で、最小幅(D)が高さの０．５〜２倍で、隣接する誘電体アンテナ(2)の間隔(L)が最大ピーク波長λmaxの０．５〜１０倍としてなる発光ダイオード。 - 光反射層(6)は光反射面(6A)を凹凸面として、発光チップ(1)の光を光反射層(6)で反射させながらスリットの貫通孔(14)から偏光して表面電極(3)の表面側に透過させるようにしてなる請求項１に記載される発光ダイオード。
- 表面電極(3)の貫通孔(14)がスリットで、このスリットの長さ(W)がスリット幅(H)の２倍よりも大きい請求項１に記載の発光ダイオード。
- 発光チップ(1)をホルダーに固定して、このホルダーに光反射層(6)を設けている請求項２に記載の発光ダイオード。
- 発光チップ(1)の第２の面側に光反射層(6)を積層して固定している請求項２に記載の発光ダイオード。
- 表面電極(3)の開口率が２０〜８０％である請求項１に記載の発光ダイオード。
- 表面電極(3)の開口率が３０〜７０％である請求項１に記載の発光ダイオード。
- 表面電極(3)の開口率が４０〜６０％である請求項１に記載の発光ダイオード。
- 発光チップ(1)と光反射層(6)との間に蛍光体層(9)を備える請求項１に記載される発光ダイオード。
- 蛍光体層(9)が、青色の発光を赤色または黄色に波長変換する請求項９に記載される発光ダイオード。
- 発光チップ(1)と光反射層(6)との間に非線形光学材料層(11)を備える請求項１に記載される発光ダイオード。
- 発光チップ(1)が窒化ガリウム系化合物半導体層を積層してなる発光チップである請求項１に記載される発光ダイオード。
- 誘電体アンテナ(2)の高さ(T)が０．５〜５μｍである請求項１に記載される発光ダイオード。
- 誘電体アンテナ(2)が、平面形状を細長い長方形とする角柱状、あるいは平面形状において両端を円弧状とする細長い形状の柱状である請求項１に記載される発光ダイオード。
- 誘電体アンテナ(2)が、多層の誘電体膜(10)で形成されてなる請求項１に記載される発光ダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001374936A JP4538176B2 (ja) | 2001-12-07 | 2001-12-07 | 発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001374936A JP4538176B2 (ja) | 2001-12-07 | 2001-12-07 | 発光ダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003174195A JP2003174195A (ja) | 2003-06-20 |
| JP4538176B2 true JP4538176B2 (ja) | 2010-09-08 |
Family
ID=19183405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001374936A Expired - Fee Related JP4538176B2 (ja) | 2001-12-07 | 2001-12-07 | 発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4538176B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10234977A1 (de) * | 2002-07-31 | 2004-02-12 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Strahlungsemittierendes Dünnschicht-Halbleiterbauelement auf GaN-Basis |
| CN100499184C (zh) | 2003-09-26 | 2009-06-10 | 奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司 | 发光薄膜半导体芯片 |
| KR100675202B1 (ko) | 2006-02-02 | 2007-01-29 | 삼성전기주식회사 | 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자 및 그 제조방법 |
| EP1887634A3 (de) * | 2006-08-11 | 2011-09-07 | OSRAM Opto Semiconductors GmbH | Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement |
| WO2009053881A1 (en) * | 2007-10-25 | 2009-04-30 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Polarized light emitting device |
| JP5204177B2 (ja) * | 2010-09-06 | 2013-06-05 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| WO2013146623A1 (ja) * | 2012-03-27 | 2013-10-03 | 第一実業株式会社 | 発光ダイオードの製造方法 |
| WO2015060687A1 (ko) * | 2013-10-25 | 2015-04-30 | 주식회사 세미콘라이트 | 반도체 발광다이오드 |
| CN109980059A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-07-05 | 厦门乾照半导体科技有限公司 | 一种电极具有开口的led芯片结构 |
-
2001
- 2001-12-07 JP JP2001374936A patent/JP4538176B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003174195A (ja) | 2003-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6641409B2 (ja) | 面照明用レンズ及び発光モジュール | |
| KR102131599B1 (ko) | 발광 다이오드 및 그 제조 방법 | |
| KR100576856B1 (ko) | 질화물 반도체 발광소자 및 제조방법 | |
| JP5973693B2 (ja) | 発光素子及び発光素子パッケージ | |
| TWI514631B (zh) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
| JP5189176B2 (ja) | 発光素子 | |
| KR102013364B1 (ko) | 발광 다이오드 및 그것의 어플리케이션 | |
| US20120112218A1 (en) | Light Emitting Diode with Polarized Light Emission | |
| JP4704628B2 (ja) | 発光ダイオード | |
| JP4538176B2 (ja) | 発光ダイオード | |
| EP3471156B1 (en) | Light-emitting device package | |
| JP5276680B2 (ja) | 発光素子パッケージ、照明システム | |
| KR20110140074A (ko) | 발광 소자 및 반도체 웨이퍼 | |
| KR101997104B1 (ko) | 마이크로 어레이 발광 다이오드 및 이의 제조 방법 | |
| KR101988405B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR20170129555A (ko) | 발광 소자 및 이를 구비한 조명 모듈 | |
| KR20120004876A (ko) | 발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지 및 발광 시스템 | |
| CN208014727U (zh) | 发光二极管 | |
| TWI784252B (zh) | 線狀光源及面狀發光裝置 | |
| KR20170078562A (ko) | 발광 소자 | |
| JP2008130723A (ja) | 発光装置およびその製造方法 | |
| US10672954B2 (en) | Light emitting device package | |
| US20150200340A1 (en) | Light-emitting device | |
| KR20120030871A (ko) | 발광 소자 패키지 및 이를 이용한 라이트 유닛 | |
| KR101021416B1 (ko) | 파장변환기둥들을 구비하는 발광다이오드 및 이의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040726 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070316 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070522 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070717 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080311 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080512 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080826 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081025 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20081031 |
|
| A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20081226 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100422 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100621 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130625 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130625 Year of fee payment: 3 |
|
| S202 | Request for registration of non-exclusive licence |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R315201 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130625 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313114 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130625 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |