(57)【要約】【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複数の貫通電極から構成されることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項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複数の貫通電極から構成されることを特徴とする発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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、且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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１１１９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、ｎ電極とｐ電極に電圧が印加されると、ｎ電極とｐ電極との間の最短経路に主に電流が流れるため、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の一部に電流の流れが悪い領域が生じて、発光ダイオードの発光能力が十分発揮されないという問題がある。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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複数の貫通電極から構成されることを特徴とする発光ダイオードが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、サファイア基板の下面から上面に貫通し緩衝層を介してｎ型窒化物半導体層に電気的に接続する複数の貫通電極が設けられているので、ｐ電極とｎ電極の間のｐ型窒化物半導体層及びｎ型窒化物半導体層に満遍なく電流を流すことができ、発光能力を十分発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（Ａ）は本発明第１実施形態のＬＥＤの斜視図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線断面図である。
【図２】サファイア基板の平面図である。
【図３】図１（Ｂ）に示したＬＥＤの駆動回路図である。
【図４】本発明第２実施形態のＬＥＤの一部断面正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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（Ａ）は本発明第１実施形態の斜視図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線断面図である。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
ｐ型窒化ガリウム層１０上にはｐ電極１２が配設されている。一方、ｎ電極としては、図１（Ｂ）及び図２に示すように、サファイア基板４を貫通して複数のｎ貫通電極１４が形成されている。
【００１７】
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に所定間隔離間した複数の貫通孔を形成し、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。
【００１８】
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電極１２を抵抗Ｒを介して直流電源１６の正極側に接続し、ｎ貫通電極１４を直流電源１６の負極側に接続して、ＬＥＤ２に所定電圧を印加して駆動する。
【００１９】
これにより、ｎ貫通電極１４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電極１２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。
【００２０】
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の紫外光が発光される。
【００２１】
本実施形態では、図２に最もよく示されるように、サファイア基板４に互いに所定間隔離間した複数のｎ貫通電極１４が形成されているので、ＬＥＤ２に所定電圧を印加すると、ｐｎ接合部を横切ってｐ電極１２とｎ貫通電極１４の間に満遍なく電流を流すことができるので、ＬＥＤ２の発光能力を十分発揮することができる。
【００２２】
図４を参照すると、本発明第２実施形態に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）１８の一部断面図が示されている。本実施形態のＬＥＤ１８は、サファイア基板２０上に積層されたＧａＮからなる低音緩衝層２２、低温緩衝層２２上に積層されたｎ型ＧａＮ層２４、ｎ型ＧａＮ層２４上に積層されたｎ型ＡｌＧａＮ層２６、ｎ型ＡｌＧａＮ層２６上に積層されたＩｎＧａＮ発光層２８、ＩｎＧａＮ発光層２８上に積層されたｐ型ＡｌＧａＮ層３０、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０上に積層されたｐ型ＧａＮ層３２を含んでおり、所謂ダブルへテロ構造のＬＥＤである。
【００２３】
ｐ型ＧａＮ層３２上には透明電極３４が形成されており、透明電極３４上にはｐ電極３６が配設されている。一方、サファイア基板２０には第１実施形態と同様に、互いに所定間隔離間した複数のｎ貫通電極３８が埋め込まれている。各ｎ貫通電極３８はサファイア基板２０の上面から下面まで貫通している。
【００２４】
本実施形態のＬＥＤ１８のｐ電極３６及びｎ貫通電極３８に所定の直流電圧を印加すると、ＩｎＧａＮ発光層２８から中心波長が約４５０ｎｍの青色が発光される。
【００２５】
本実施形態では、ｐ電極３６の下に面積の大きい透明電極３４を配置し、更にサファイア基板２０中に複数のｎ貫通電極３８を埋め込んだので、発光層２８の広い面積にわたり発光層２８を横切って満遍なく電流を流すことができるので、ＬＥＤ１８の発光能力を十分発揮させることができる。
【符号の説明】
【００２６】
２，１８    発光ダイオード（ＬＥＤ）
４，２０    サファイア基板
６，２２    低温緩衝層
８，２４    ｎ型ＧａＮ層
１０    ｐ型ＧａＮ層
１２，３６    ｐ電極
１４，３８    ｎ貫通電極
２６    ｎ型ＡｌＧａＮ層
２８    ＩｎＧａＮ発光層
３０    ｐ型ＡｌＧａＮ層
３２    ｐ型ＧａＮ層
３４    透明電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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