(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
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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。
【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、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。
【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、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。
【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
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明実施形態の発光ダイオード（ＬＥＤ）の斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】ＬＥＤの駆動回路図である。
【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。
【００１３】
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】
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。
【００１７】
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。
【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。
【００１９】
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。
【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の紫外光が矢印Ａ方向に発光される。
【００２１】
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。
【符号の説明】
【００２２】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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