(57)【要約】【課題】発光ダイオード及びその製造方法を提供する。【解決手段】発光エピタキシー構造を含む発光ユニットを提供し、前記発光エピタキシー構造は、逆方向バイアスの条件の下で、負の１０μＡ／ｍｍ２の電流密度の下で、その対応する逆方向電圧値が５０Ｖより大きく、また、前記発光エピタキシー構造は、順方向バイアスの条件の下で、１５０μＡ／ｍｍ２の電流密度で駆動されるときに、少なくとも５０ｌｍ／Ｗの発光効率を有する。また、発光ダイオードの製造方法を提供する。この製造方法は、基板を提供し、第一成長条件の下で前記基板上に第一エピタキシー層を成長させ、第二成長条件の下で前記第一エピタキシー層上にプロセス転換層を成長させ、第三成長条件の下で前記プロセス転換層上に第二エピタキシー層を成長させるステップを含む。【選択図】図６
2010283354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの発光ユニットを含み、高逆方向電圧値を有する発光素子であって、
前記発光ユニットは、発光エピタキシー構造を含み、
前記発光エピタキシー構造は、逆方向バイアスの条件の下で、負の１０μＡ／ｍｍ２の電流密度の下で、その対応する逆方向電圧値が５０Ｖより大きい、
発光素子。
【請求項２】
前記発光エピタキシー構造は、順方向バイアスの条件の下で、１５０μＡ／ｍｍ２の電流密度で駆動されるときに、少なくとも５０ｌｍ／Ｗの発光効率を有する、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記発光エピタキシー構造は、接触層と、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、該ｎ型半導体層と該ｐ型半導体層との間に位置する活性層と、を含む、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記発光エピタキシー構造は、前記ｎ型半導体層と前記活性層との間、又は、前記接触層と前記ｎ型半導体層との間に位置するプロセス転換層を更に含み、
前記プロセス転換層の導電度は、前記ｎ型半導体層及び前記活性層の導電度より大きい、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
基板と、
前記基板上に共に形成される少なくとも二つの前記発光ユニットを含む発光アレー構造と、
を更に含む、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
前記発光アレー構造は、
複数の整流発光アレー構造と、
少なくとも一つの直流発光アレー構造と、
を含み、
前記整流発光アレー構造の各々は、直列接続される第一数量の前記発光ユニットを含み、
前記複数の整流発光アレー構造は、ホイートストンブリッジの形式に配列され、且つ、交流電源を受けるための二つの入力端と、直流電源を出力するための二つの出力端とを含み、
前記直流発光アレー構造は、前記二つの出力端に接続される第二数量の前記発光ユニットを含む、
請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
前記第二数量が前記第一数量と前記第二数量との総和に対する比は、少なくとも５０％より大きい、
請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記発光アレー構造は、逆方向の並列接続の形式に配列され、且つ、交流電源を受けるための二つの入力端を有する、
請求項５に記載の発光素子。
【請求項９】
発光素子の製造方法であって、
基板を提供するステップと、
第一成長条件の下で、前記基板上に第一エピタキシー層を成長させるステップと、
第二成長条件の下で、前記第一エピタキシー層上にプロセス転換層を直接成長させるステップと、
第三成長条件の下で、前記プロセス転換層上に第二エピタキシー層を直接成長させるステップと、
を含み、
前記第一成長条件の少なくとも一つのプロセスパラメータ値と、前記第三成長条件の、該プロセスパラメータに対応するプロセスパラメータ値とは、少なくとも、３％の差を有し、
前記プロセス転換層の導電度は、前記第一エピタキシー層及び／又は前記第二エピタキシー層の導電度より大きい、
発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記プロセスパラメータは、温度、圧力及び気体流量からなるグループから選択される、
請求項９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第一エピタキシー層は、接触層であり、前記第二エピタキシー層は、ｎ型クラッド層である、
請求項９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１２】
第四成長条件の下で、前記第二エピタキシー層上に第二プロセス転換層を直接形成するステップと、
第五成長条件の下で、前記第二プロセス転換層上に第三エピタキシー層を直接形成するステップと、
を含み、
前記第三成長条件の少なくとも一つのプロセスパラメータ値と、前記第五成長条件の、該プロセスパラメータに対応するプロセスパラメータ値とは、少なくとも、３％の差を有し、
前記第二プロセス転換層の導電度は、前記第二エピタキシー層及び／又は前記第三エピタキシー層の導電度より大きい、
請求項９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第三エピタキシー層は、活性層である、
請求項１２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記プロセス転換層は、不純物と、前記第一エピタキシー層及び／又は前記第二エピタキシー層の不純物濃度より大きい不純物濃度と、を有する、
請求項９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第二プロセス転換層は、不純物と、前記第二エピタキシー層及び／又は前記第三エピタキシー層の不純物濃度より大きい不純物濃度と、を有する、
請求項１２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第一成長条件の少なくとも一つのプロセスパラメータ値と、前記第三成長条件の、該プロセスパラメータに対応するプロセスパラメータ値とは、少なくとも、１０％の差を有する、
請求項９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第三成長条件の少なくとも一つのプロセスパラメータ値と、前記第五成長条件の、該プロセスパラメータに対応するプロセスパラメータ値とは、少なくとも、１０％の差を有する、
請求項１２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１８】
複数の発光ユニットを含む発光ウェハであって、
前記複数の発光ユニットの各々は、夫々、発光エピタキシー構造を含み、
負の１０μＡ／ｍｍ２の電流密度の下で、前記複数の発光ユニットの閾値逆方向電圧の絶対値の平均値は、少なくとも、５０Ｖより大きい、
発光ウェハ。
【請求項１９】
前記複数の発光ユニットから測定された前記閾値逆方向電圧の絶対値の平均値は、閾値逆方向電圧の絶対値がその大小による分布の前後２５％の範囲内にある発光ユニットを除くことにより算出される、
請求項１８に記載の発光ウェハ。
【請求項２０】
前記発光エピタキシー構造は、接触層と、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、該ｎ型半導体層と該ｐ型半導体層との間に位置する活性層と、を含む、
請求項１９に記載の発光ウェハ。
【請求項２１】
前記発光エピタキシー構造は、前記ｎ型半導体層と前記活性層との間、又は、前記接触層と前記ｎ型半導体層との間に位置するプロセス転換層を更に含み、
前記プロセス転換層の導電度は、前記ｎ型半導体層及び前記活性層の導電度より大きい、
請求項２０に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高閾値逆方向電圧を有する発光ダイオード及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、その素子の特性により、整流と発光の効果を兼ね備える。順方向バイアス（ｆｏｒｗａｒｄ  ｂｉａｓ）を発光ダイオードに印加するときに、発光ダイオードは、印加された順方向バイアスの増加につれて電流値が急速に上昇し、特定波長の光線を発し、この電流が急速に上昇し始めた時の電圧値は、発光ダイオードの順方向電圧値（ｆｏｒｗａｒｄ  ｖｏｌｔａｇｅ：  Ｖｆ）と称され、また、逆方向バイアスを発光ダイオードに印加するときに、印加された逆方向バイアスが所定の閾値に達すると電流値が急速に上昇し、この電流値が急速に上昇し始めた時の電圧値は、発光ダイオードの逆方向電圧値（ｒｅｖｅｒｓｅ  ｖｏｌｔａｇｅ：  Ｖｒ）と称される。
【０００３】
一般的に、窒化ガリウム系発光ダイオードの逆方向電圧値は、通常、負の１５〜２０Ｖの範囲内にある。逆方向電圧値が高くない原因は、エピタキシー薄膜自体が、例えば、転位、不純物などの欠陥を有することであり、このような欠陥は、電流の漏れ径路を来し、これにより、素子は高い逆方向バイアスを受けることができず、且つ、操作時に突然の高電圧により崩壊し失効することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、高閾値逆方向電圧を有する発光ダイオード及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面によれば、発光エピタキシー構造を有する発光素子が提供される。この発光エピタキシー構造は、逆方向バイアスの条件の下で、負の１０μＡ／ｍｍ２の電流密度の下で、その対応する閾値逆方向電圧の絶対値が５０Ｖより大きい。また、この発光エピタキシー構造は、順方向バイアスの条件の下で、１５０μＡ／ｍｍ２の電流密度で駆動されるときに、少なくとも５０ｌｍ（ルーメン）／Ｗの発光効率を有する。なお、本発明が指す「閾値逆方向電圧」は、発光エピタキシー構造が逆方向バイアスの条件の下で、負の１０μＡ／ｍｍ２の電流密度の下で測定された逆方向電圧値と定義される。
【０００６】
本発明の他の側面によれば、複数の発光ユニットを含む発光ウェハが提供される。負の１０μＡ／ｍｍ２の電流密度の下で、この複数の発光ユニットの閾値逆方向電圧の絶対値の平均値は、少なくとも、５０Ｖより大きい。
【０００７】
本発明の他の側面によれば、基板上に形成される複数の発光アレー構造を含む交流型発光ダイオードが提供される。この複数の発光アレー構造の各々は、少なくとも、一つの発光ユニットからなる。前述の発光アレー構造は、複数の整流発光アレー構造と、少なくとも一つの直流発光アレー構造とを含む。前述の複数の整流発光アレー構造の各々は、第一数量の前述の発光ユニットを含み、且つ、前述の複数の整流発光アレー構造は、ホイートストンブリッジの形式に配列され、且つ、交流電源を受けるための二つの入力端と、直流電源を出力するための二つの出力端とを有する。前述の直流発光アレー構造は、前述の二つの出力端に接続される第二数量の前述の発光ユニットを含む。前述の直流発光アレー構造の発光ユニットの数量が前述の交流型発光素子の全ての発光ユニットの数量に対する比は、少なくとも、５０％より大きい。
【０００８】
本発明の他の側面によれば、発光ダイオードの製造方法が提供される。この製造方法は、基板を提供するステップと、第一成長条件の下で前述の基板上に第一エピタキシー層を成長させるステップと、第二成長条件の下で前述の第一エピタキシー層上にプロセス転換層を成長させるステップと、第三成長条件の下で前述のプロセス転換層上に第二エピタキシー層を成長させるステップとを含む。前述の第一成長条件及び前述の第三成長条件は、プロセス変化を有し、且つ、前述のプロセス転換層の導電度（導電率）は、前述の第一エピタキシー層及び／又は前述の第二エピタキシー層の導電度より大きい。
【０００９】
本発明の他の実施例において、前述の発光素子の製造方法は、更に、第四成長条件の下で前述のプロセス転換層上に第二プロセス転換層を形成するステップと、第五成長条件の下で前述の第二プロセス転換層上に第三エピタキシー層を形成するステップとを含む。前述の第三成長条件及び前述の第五成長条件は、プロセス変化を有し、且つ、前述の第二プロセス転換層の導電度は、前述の第二エピタキシー層及び／又は前述の第三エピタキシー層の導電度より大きい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、高閾値逆方向電圧を有する発光ダイオード及びその製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の発光素子における発光エピタキシー構造の第一実施例を示す図である。
【図２】本発明の発光素子における発光エピタキシー構造の第二実施例を示す図である。
【図３】本発明の発光素子における発光エピタキシー構造の第三実施例を示す図である。
【図４】本発明の発光素子の第一実施例を示す図である。
【図５】本発明の発光素子の第二実施例を示す図である。
【図６】本発明の実施例における電圧―電流曲線図である。
【図７Ａ】本発明の交流型発光素子の上面図である。
【図７Ｂ】本発明の交流型発光素子の回路を示す図である。
【図８】本発明の発光ウェハを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の発光素子における発光エピタキシー構造の第一実施例を示す図である。発光エピタキシー構造１は、成長基板１０、成長基板１０上に形成される接触層２０、接触層２０上に形成されるプロセス転換層３１、プロセス転換層３１上に形成されるｎ型クラッド層４０、ｎ型クラッド層４０上に形成される活性層５０、及び、活性層５０上に形成されるｐ型クラッド層６０を含む。発光エピタキシー構造１の形成方法は、成長基板１０を提供し、次に、成長基板１０上に有機金属気体堆積法を用いて接触層２０を成長させ、この時に、接触層２０と成長基板１０との間の格子定数が相違を有する場合、接触層２０と成長基板１０との間に格子緩衝層（図示せず）を成長させても良く、この格子緩衝層の格子定数が接触層２０と成長基板１０との間にあり、これにより、格子の欠陥を低減し、エピタキシー層の品質を向上できる。接触層２０を成長させる条件は、例えば、反応器の温度設定値が９００〜１２００℃であり、反応器の圧力設定値が３００〜４５０ｍｂａｒであり、また、その同時に、接触層２０にｎ型不純物を、このｎ型不純物の濃度が１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３になるように添加する。接触層２０の成長が完了後、続いて、プロセス転換層３１及びｎ型クラッド層４０を成長させ、ｎ型クラッド層４０は、ｎ型不純物及び不純物濃度を有する。そのうち、ｎ型クラッド層４０及び接触層２０は、成長条件にプロセス変化を有し、又は好ましくは、劇烈な変化であるが、これにより、接触層２０にｎ型クラッド層４０を直接成長させるときに、薄膜に欠陥を生じさせ、エピタキシー層の品質が低くなってしまう。よって、プロセス転換層３１の目的は、プロセス転換層３１の前後の層の成長条件のプロセス変化による欠陥を補修することにあり、これにより、エピタキシー層の品質を向上できる。なお、本発明における「成長条件」とは、温度、圧力及び気体流量の中から選択される少なくとも一つのプロセスパラメータ設定値、及び、他のプロセスパラメータ設定値からなるグループを含むといい、「プロセス変化」とは、プロセス転換層３１の前の層の成長条件と、その後の層の成長条件との間に少なくとも３％の相違を有するといい、「劇烈な変化」とは、プロセス転換層３１の前の層の成長条件と、その後の層の成長条件との間に少なくとも１０％の相違を有するという。例えば、ｎ型クラッド層４０の反応器の温度設定値が７００〜１０００℃であり、反応器の圧力設定値が２００〜３５０ｍｂａｒであり、且つ、その温度設定値又は圧力設定値のうち少なくとも一つと、接触層２０の対応する設定値との相違は、少なくとも、３％であり、又は好ましくは、少なくとも、１０％である。プロセス転換層３１の成長条件は、約、接触層２０の成長条件と、ｎ型クラッド層４０の対応する成長条件との間にあり、好ましくは、ｎ型クラッド層４０の成長条件に近く、更に好ましくは、ｎ型クラッド層４０の成長条件と同じであり、且つ、プロセス転換層３１は、ｎ型不純物及び不純物濃度を有し、この不純物濃度は、接触層２０及びｎ型クラッド層４０の何れか一つの不純物濃度より大きく、例えば、５×１０１７〜１×１０２０ｃｍ−３であり、好ましくは、プロセス転換層３１の不純物���度は、接触層２０及びｎ型クラッド層４０の不純物濃度より大きく、これにより、プロセス転換層３１の導電度は、接触層２０及び／又はｎ型クラッド層４０の導電度より大きくなる。プロセス転換層３１の不純物の添加方法は、均一的に添加する均一添加であり、又は好ましくは、変調添加（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−ｄｏｐｉｎｇ）であり、又は更に好ましくは、漸進添加（ｇｒａｄｅｄ−ｄｏｐｉｎｇ）である。ｎ型クラッド層の成長が完了後、続いて、活性層５０及びｐ型クラッド層６０を成長させ、発光素子の発光エピタキシー構造を完成させる。
【００１４】
図２は、本発明の発光素子における発光エピタキシー構造の第二実施例を示す図である。発光エピタキシー構造２は、成長基板１０、成長基板１０上に形成される接触層２０、接触層２０上に形成されるｎ型クラッド層４０、ｎ型クラッド層４０上に形成されるプロセス転換層３２、プロセス転換層３２上に形成される活性層５０、及び、活性層５０上に形成されるｐ型クラッド層６０を含む。前述の第一実施例（図１）との相違点は、プロセス転換層３２がｎ型クラッド層４０と活性層５０との間に形成されることにある。発光エピタキシー構造３２の形成方法は、先ず成長基板１０を提供するステップを含む。次に、成長基板１０上に有機金属気体堆積法を用いて接触層２０を成長させ、この時に、接触層２０と成長基板１０との間の格子定数が相違を有する場合、接触層２０と成長基板１０との間に格子緩衝層（図示せず）を成長させても良く、この格子緩衝層の格子定数が接触層２０と成長基板１０との間にあり、これにより、格子の欠陥を低減し、エピタキシー層の品質を向上できる。接触層２０の成長が完了後、続いて、ｎ型クラッド層４０を成長させ、ｎ型クラッド層４０は、ｎ型不純物及び不純物濃度を有する。ｎ型クラッド層４０の成長条件は、例えば、反応器の温度設定値が７００〜１０００℃であり、反応器の圧力設定値が２００〜３５０ｍｂａｒであり、また、その同時に、ｎ型クラッド層４０にｎ型不純物を、このｎ型不純物の濃度が１×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３になるように添加する。ｎ型クラッド層４０の成長が完了後、続いて、プロセス転換層３２及び活性層５０を成長させ、そのうち、ｎ型クラッド層４０及び活性層５０は、成長条件にプロセス変化を有し、又は好ましくは、劇烈な変化であるが、これにより、ｎ型クラッド層４０に活性層５０を直接成長させるときに、薄膜に欠陥を生じさせ、エピタキシー層の品質が低くなってしまう。よって、プロセス転換層３２の目的は、プロセス転換層３２の前後の層の成長条件のプロセス変化による欠陥を補修することにあり、これにより、エピタキシー層の品質を向上できる。なお、活性層５０の反応器の温度設定値は８５０〜１１００℃であり、反応器の圧力設定値は２００〜３５０ｍｂａｒであり、且つ、その温度設定値又は圧力設定値の少なくとも一つと、ｎ型クラッド層４０の対応する設定値との相違は、少なくとも３％であり、又は好ましくは、１０％である。プロセス転換層３２の成長条件は、約、ｎ型クラッド層４０の成長条件と、活性層５０の対応する成長条件との間にあり、好ましくは、活性層５０の成長条件に近く、更に好ましくは、活性層５０の成長条件と同じである。プロセス転換層３２は、ｎ型不純物及び不純物濃度を有し、この不純物濃度は、ｎ型クラッド層４０及び活性層５０の何れか一つの不純物濃度より大きく、例えば、５×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３であり、好ましくは、プロセス転換層３２の不純物濃度は、ｎ型クラッド層４０及び活性層５０の不純物濃度より大きく、これにより、プロセス転換層３２の導電度は、ｎ型クラッド層４０及び／又は活性層５０の導電度より大きくなる。プロセス転換層３２の不純物の添加方法は、均一的に添加する均一添加であっても良く、又は好ましくは、���調添加（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−ｄｏｐｉｎｇ）であり、又は更に好ましくは、漸進添加（ｇｒａｄｅｄ−ｄｏｐｉｎｇ）である。活性層５０の成長が完了後、続いて、ｐ型クラッド層６０を成長させ、発光素子の発光エピタキシー構造を完成させる。そのうち、活性層構造は、多重井戸構造を含み、これにより、発光素子の内部量子効率を向上することができる。
【００１５】
図３は、本発明の発光素子における発光エピタキシー構造の第三実施例を示す図である。前述の第一及び第二実施例に比べ、その相違点は、発光エピタキシー構造３が、第一実施例のような、接触層２０とｎ型クラッド層４０との間に形成される第一プロセス転換層３３と、第二実施例のような、ｎ型クラッド層４０と活性層５０との間に形成される第二プロセス転換層３４とを同時に含むことにあり、これにより、発光素子のエピタキシー層の品質を更に向上することができる。
【００１６】
図４は、本発明の発光素子の第一実施例を示す図である。発光素子４は、前述の実施例による発光エピタキシー構造（図３に示すエピタキシー構造３を例として）に対して、ダイオード製造プロセスにより、基板上に複数の互いに分けられる発光ユニットを生成し、例えば、図示の発光ユニット４ａ及び４ｂであり、且つ、露出した接触層２０上に第一電極２１を、ｐ型クラッド層６０上に第二電極６１をそれぞれ形成するものである。ダイオード製造プロセスが完了後、成長基板に対して切断を行う（例えば、ドット線に示すように）ことにより、発光ユニット４ａと４ｂを分割し、個別の発光素子を生成する。本発明の他の実施例において、前述の発光素子は、前述の第二電極と前述のｐ型クラッド層との間に形成される接触層を更に含み、これにより、前述の第二電極と前述のｐ型クラッド層との間の接触抵抗を低減し、或いは、電流分散層を更に含み、これにより、電流を前述の発光エピタキシー構造に均一に分散させることができる。
【００１７】
本発明の実施例による発光素子によれば、その前述の成長基板のサイズは、例えば、１０ｍｉｌかける１０ｍｉｌであり、逆方向バイアスの条件の下で、負の１０μＡ／ｍｍ２の電流密度の下で、測定された閾値逆方向電圧の絶対値が、少なくとも、５０Ｖより大きく、且つ、順方向バイアスの条件の下で、１５０μＡ／ｍｍ２の電流密度で駆動されるときに、少なくとも、５０ルーメン／Ｗの発光効率が得られる。本発明の他の実施例によれば、前述の発光素子は、プロセス転換層の成長条件及び不純物濃度を調整することにより、好適な閾値逆方向電圧を得ることができ、例えば、６０Ｖより大きく、又は好ましくは７０Ｖより大きく、又は更に好ましくは１００Ｖより大きい閾値逆方向電圧を得ることができる。
【００１８】
図６は、本発明の実施例による発光素子から測定された電圧―電流曲線図である。本発明の発光素子における発光エピタキシー構造は、逆方向バイアスの条件の下で、負の１０μＡ／ｍｍ２の電流密度の下で、その対応する電圧値の絶対値が約１０２Ｖ（ドット線が示すようであり、図中の数値は、既に、正の値に変換された）であり、且つ、順方向バイアスの条件の下で、１５０μＡ／ｍｍ２の電流密度で駆動するときに、少なくとも、５０ルーメン／Ｗの光線を発することができる。よって、本発明の発光素子は、高閾値逆方向電圧値と高輝度の特性を兼ね備える。
【００１９】
図５は、本発明の実施例による直列接続型発光素子を示す図である。直列接続型発光素子５の形成方法は、図４に示す実施例に類似し、ダイオード製造プロセスが完了後、各発光ユニットに対して電気接続を行い、図５に示すように、発光ユニット４ａの第一電極と発光ユニット４ｂの第二電極との間に導電層７０を形成し、これにより、発光ユニット４ａと４ｂが直列接続される発光アレー構造に形成される。発光素子５は、導電層７０と、発光ユニット４ａ及び４ｂとの間に形成される絶縁層８０を更に含み、これにより、発光素子の短絡を避けることができる。
【００２０】
図７Ａと図７Ｂは、本発明の交流型発光素子を示す図である。交流型発光素子７は、主に、交流型電源に応用され、成長基板１０上に共に形成される複数の整流発光アレー構造Ｒ１〜Ｒ４及び少なくとも一つの直流発光アレー構造Ｅ１を含み、前述の各整流又は直流発光アレー構造は、図５に示す複数の互いに直列接続される発光ユニットからなり、整流発光アレー構造Ｒ１〜Ｒ４は、第二接続層７１と第一〜第四導線パッド９１〜９４とをホイートストンブリッジの形式で電気的に接続することにより形成される整流構造である。図７Ｂを同時に参照する。整流発光アレー構造Ｒ１は、第一導線パッド９１と第四導線パッド９４との間に接続され、整流発光アレー構造Ｒ２は、第一導線パッド９１と第二導線パッド９２との間に接続され、整流発光アレー構造Ｒ３は、第三導線パッド９３と第四導線パッド９４との間に接続され、整流発光アレー構造Ｒ４は、第二導線パッド９２と第三導線パッド９３との間に接続され、第一導線パッド９１と第三導線パッド９３は、交流電圧信号を受けるために、夫々、外部の交流型電源の正端と負端に接続され、且つ、整流発光アレー構造Ｒ１〜Ｒ４により整流された後に、第二導線パッド９２と第三導線パッド９４に直流電圧信号が出力される。直流発光アレー構造Ｅ１は、第二導線パッド９２と第四導線パッド９４との間に接続され、出力された前述の直流電圧信号を受ける。交流電圧信号の正の半周期において、電流が順に交流型発光素子７の発光アレー構造Ｒ１、Ｅ１及びＲ４（図７Ａのドット線に示すように）を流れ、また、光線が発され、交流電圧信号の負の半周期において、電流が順に交流型発光素子７の発光アレー構造Ｒ３、Ｅ１及びＲ２を流れ、また、光線が発され、そのうち、整流発光アレー構造Ｒ１〜Ｒ４は、各自に順方向バイアスの半周期に発光し、もう一つの半周期には、逆方向バイアスのため、発光せず、即ち、整流発光アレー構造Ｒ１〜Ｒ４は、交流電圧信号が印加された期間において断続的に発光し、直流発光アレー構造Ｅ１は、整流後の前述の直流電圧信号を受けているため、順方向及び逆方向の半周期において全て発光する。
【００２１】
本発明の実施例による発光ユニットは、高閾値逆方向電圧値を有するため、発光ユニットが逆方向バイアスを受ける能力を有効に向上でき、前述の整流発光アレー構造の発光ユニットの数量を大幅に減らすと同時に、前述の直流発光アレー構造の発光ユニットの数量を増やすことにより、発光効率を向上する目的を達成できる。電圧が１１０Ｖであり、周波数が６０Ｈｚである交流型電源を例とし、各発光ユニットは、例えば、ＧａＮ系を主とする発光エピタキシー構造であり、且つ、同じ面積を有し、各発光ユニットは、約３Ｖの電圧降下をもたらし、また、閾値逆方向電圧値の絶対値ｙを有し、各順方向又は逆方向の半周期には、総数が約３７個である発光ユニット（異なる発光アレー構造を亘る）を流れ、これにより、１１０Ｖの供給電源に符合する。整流発光アレー構造Ｒ１〜Ｒ４の各々は、同様に、ｍ個の発光ユニットを有し、直流発光アレー構造Ｅ１は、ｎ個の発光ユニットを有すると、直流発光アレー構造Ｅ１の発光ユニットの数量が発光素子の全ての発光ユニットの数量に対する比は、約ｎ／（４ｍ＋ｎ）×１００％である。順方向の半周期の時には、導線パッド９１と９２の両端を亘る整流発光アレー構造Ｒ２（逆方向バイアスにある）の電位差が、同様に導線パッド９１と９２の両端を亘る整流発光アレー構造Ｒ１と直流発光アレー構造Ｅ１（全て順方向のバイアスにある）の電位差と同じのはずであり、即ち、３×（ｍ＋ｎ）Ｖであり、逆方向バイアスにある整流発光アレー構造Ｒ２を崩壊させず失効させないために、ｙは、〔３×（ｍ＋ｎ）〕／ｍより大きくならなければならず、少なくとも、３５以上であり、このようにすると、電気操作の変化やその他の外在的な要因で素子が失効することを避けることができ、即ち、ｙは、次の式を満足しなければならない。
【００２２】
ｙ＞３×（ｍ＋ｎ）／ｍ＋３５
次の表には、本発明の実施例による交流型発光素子における各発光アレー構造の数量の組合せが示されている。
【００２３】
【表１】
2010283354.tif 000003
例示の各組合せの実施例によれば、直流発光アレー構造の発光ユニットの数量が交流型発光素子の全ての発光ユニットの数量に対する比は、少なくとも５０％より大きく、好ましくは、６０％より大きく、更に好ましくは、７０％又は８０％より大きく、一番好ましくは、９０％より大きく、これにより、より良い発光効率を有する実施例を得ることができる。本発明の他の側面において、発光ユニットの閾値逆方向電圧値は、少なくとも５０Ｖより大きく、好ましくは６０Ｖより大きく、更に好ましくは７０Ｖより大きく、一番好ましくは１００Ｖより大きく、これにより、発光素子の信頼性を向上することができる。本発明の他の実施例において、各前述の整流発光アレー構造の前述の発光ユニットの面積は、各前述の直流発光アレー構造の前述の発光ユニットの面積より小さく、これにより、発光素子の逆方向バイアスの効能を更に向上することができる。また、図７Ａと図７Ｂに例示のブリッジ接続型交流型発光素子以外、本発明の交流型発光素子は、その他の形式の接続の交流型発光素子、例えば、逆方向並列接続型などの交流型発光素子を含んでも良い。
【００２４】
図８は、本発明による発光ウェハを示す図である。発光ウェハ８は、複数の発光ユニット８１を含み、各発光ユニット８１は、発光エピタキシー構造を有し、例えば、図４に示す発光ユニット４ａ又は４ｂと同じものである。各発光ユニット８１は、負の１０μＡ／ｍｍ２の電流密度の下で、閾値逆方向電圧を有し、また、各発光ユニット８１は、１５０μＡ／ｍｍ２の電流密度で駆動されるときに、発光効率を有し、且つ、複数の発光ユニット８１の閾値逆方向電圧の絶対値の平均値は、少なくとも５０より大きく、好ましくは、６０Ｖより大きく、更に好ましくは、７０Ｖより大きく、一番好ましくは１００Ｖより大きく、また、複数の発光ユニット８１の発光効率の平均値は、少なくとも５０ルーメン／Ｗである。他の実施例において、前述の複数の発光ユニットの前述の閾値逆方向電圧値は、その大小により分布を呈し、且つ、閾値逆方向電圧の絶対値がその分布の前後の２５％に
ある発光ユニットを除いた後に、中間の５０％にある残りの発光ユニットの閾値逆方向電圧値の絶対値の平均値は、少なくとも５０Ｖより大きく、好ましくは６０Ｖより大きく、更に好ましくは７０Ｖより大きく、一番好ましくは１００Ｖより大きく、且つ、順方向バイアスの条件の下で、１５０μＡ／ｍｍ２の電流密度で駆動される時に、中間の５０％にある残りの発光ユニットの発光効率の平均値は、少なくとも５０ルーメン／Ｗである。
【００２５】
前述の諸実施例において、前述の接触層、ｎ型クラッド層、プロセス転換層、ｐ型クラッド層、及び活性層の材料は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を含み、例えば、ＧａＮ系又はＧａＰ系の材料である。前述の成長基板は、例えば、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ及びＡｌＮからなるグループから選択された少なくとも一つの材料を含む。前述の接触層、ｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層、及び活性層は、単層又は多層の構造であってもよく、例えば、超格子構造である。また、本発明の前述の発光エピタキシー構造は、成長方法で前述の成長基板に成長されることに限られず、その他の方法、例えば、接合方法で直接接合され、又は、媒質を介して導熱又は導電基板に接合されるなどの方法も、本発明の範囲内に属する。
【００２６】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の範囲に属する。
【符号の説明】
【００２７】
１、２、３  発光エピタキシー構造
４、５、７  発光素子
４ａ、４ｂ  発光ユニット
１０  成長基板
２０  接触層
２１  第一電極
３１、３３  プロセス転換層
３２、３４  第二プロセス転換層
４０  ｎ型クラッド層
５０  活性層
６０  ｐ型クラッド層
７０  第一接続層
７１  第二接続層
８０  絶縁層
８  発光ウェハ
８１  発光ユニット
９１〜９４  第一〜第四導線パッド
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４  整流発光アレー構造
Ｅ１  直流発光アレー構造
【図１】
2010283354.tif 000004
【図２】
2010283354.tif 000005
【図３】
2010283354.tif 000006
【図４】
2010283354.tif 000007
【図５】
2010283354.tif 000008
【図６】
2010283354.tif 000009
【図７Ａ】
2010283354.tif 000010
【図７Ｂ】
2010283354.tif 000011
【図８】
2010283354.tif 000012