(57)【要約】      （修正有）【課題】発光効率を改善するために、熱伝導処理を行い、放熱を向上させた新規な発光ダイオードを提供する。【解決手段】発光ダイオードは、第１発光ダイオードダイ２０ａ及び第２発光ダイオードダイ２０ｂを包含し、それぞれ第１半導体層２００、第２半導体層２０２、及び第１半導体層と第２半導体層の間に設置された多重量子井戸層２０１を具える。第１発光ダイオードダイの第１半導体層と第２発光ダイオードダイの第２半導体層は直列接続の構造を形成することにより、発光ダイオード全体が必要とする電流が減少し、発光ダイオードが発生する熱度が下がり、並びに放熱片のサイズが縮小され、発光ダイオードの輝度がアップされる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードにおいて、
第１発光ダイオードダイ及び第２発光ダイオードダイを包含し、該第１発光ダイオードダイ及び該第２発光ダイオードダイはそれぞれが第１半導体層、第２半導体層、及び該第１半導体層と該第２半導体層の間に設置された多重量子井戸層を具え、
そのうち、該第１発光ダイオードダイの第１半導体層と該第２発光ダイオードダイの第２半導体層が接続されることを特徴とする、発光ダイオード。
【請求項２】
請求項１記載の発光ダイオードにおいて、該第１発光ダイオードダイと該第２発光ダイオードダイの間に第１絶縁部が形成され、該第１絶縁部に貫通孔が開設されたことを特徴とする、発光ダイオード。
【請求項３】
請求項２記載の発光ダイオードにおいて、電極構造をさらに包含し、該電極構造は該貫通孔を通して該第１発光ダイオードダイの第１半導体層及び該第２発光ダイオードダイの第２半導体層に接続されることを特徴とする、発光ダイオード。
【請求項４】
請求項３記載の発光ダイオードにおいて、該電極構造はさらに第１電極部及び第２電極部を包含し、該第１電極部は該第１発光ダイオードダイの第１半導体層上に形成され、該第２電極部は該第２発光ダイオードダイの第２半導体層に接続され且つ該貫通孔を通して該第１電極部に接続されることを特徴とする、発光ダイオード。
【請求項５】
請求項４記載の発光ダイオードにおいて、該第１発光ダイオードダイの第２半導体層にさらに第３電極部が接続され、該第３電極部は第２絶縁部により該第２電極部と絶縁されていることを特徴とする、発光ダイオード。
【請求項６】
請求項５記載の発光ダイオードにおいて、該第３電極部にさらに金属合金部が接続されたことを特徴とする、発光ダイオード。
【請求項７】
請求項２記載の発光ダイオードにおいて、該貫通孔の幅は１０００μｍより小さいことを特徴とする、発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の発光ダイオードに係り、特に一種の、直列接続構造を具えた発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）技術の進歩は、ＬＥＤに、体積が小さく、重量が軽く、性能が高く及び使用寿命が長いという特徴を具備させた。ＬＥＤはすでに異なる単色光出力、たとえば、赤色、青色及び緑色出力において、優れた進歩を有している。単一色のＬＥＤは、特別な表示器、たとえば、携帯電話、及び液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）中のバックライトとして用いられ得る。放熱はＬＥＤ発光効率を改善するための主要な制限因子であり、且つこれにより、ＬＥＤの設計者にいわせると、熱伝導処理は重要なことである。
【０００３】
電流を用いてＬＥＤを駆動する時、半導体チップ内部のリーク電流及び半導体チップより周辺環境への熱伝導不足により、素子温度が高くなる。高温は、素子の損害をもたらし老化を加速するのみならず、ＬＥＤの光学特性も温度に伴い変化する。たとえば、ＬＥＤの光出力は、一般に、素子温度の増加により減少する。さらに、半導体バンドギャップエネルギー中の変化により発射波長も温度に伴い変化し得る。
【０００４】
伝統的な発光ダイオードは有効に放熱の問題を解決できておらず、このため、新規な発光ダイオードを提出し、経済的且つ有効な方式で発光ダイオードのリーク電流と高温を減らす必要がある。
【０００５】
また、周知の技術中、発光ダイオードを駆動するのに必要な電圧は３Ｖとされ、これにより、発光ダイオードを駆動する駆動器は１１０Ｖから３Ｖに降圧する電圧変換回路を有している必要があり、該電圧変換回路は駆動器の体積を増加させるだけでなく、発光ダイオードの応用の自由度を減らす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は一種の発光ダイオードを提供することを目的とし、それは、隣り合う二つのダイ間の半導体層が接続されて直列接続の構造を形成し、これにより発光ダイオード全体が必要とする電流が減少し、これにより発光ダイオードが発生する熱度が下がり、並びにさらに放熱片のサイズを縮小でき、これにより発光ダイオードの発光輝度が高められるものとする。
【０００７】
本発明はまた、一種の発光ダイオードを提供することを目的とし、そのうち、発光ダイオードダイが具備するｐ型半導体層とそれに隣り合うもう一つの発光ダイオードダイが具備するｎ型半導体層が接続されて直列接続の構造を形成し、これにより該発光ダイオード全体が必要とする電流が減少し、これにより発光ダイオードが発生する熱度が下がり、並びにさらに放熱片のサイズを縮小でき、これにより発光ダイオードの発光輝度が高められるものとする。
【０００８】
ある実施例において、本発明は一種の発光ダイオードを提供し、それは第１発光ダイオードダイ及び第２発光ダイオードダイを包含し、それはそれぞれ第１半導体層、第２半導体層、及び該第１半導体層と第２半導体層の間に設置された多重量子井戸層を具える。そのうち、該第１発光ダイオードダイの第１半導体層と該第２発光ダイオードダイの第２半導体層は接続されるものとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、発光ダイオードにおいて、
第１発光ダイオードダイ及び第２発光ダイオードダイを包含し、該第１発光ダイオードダイ及び該第２発光ダイオードダイはそれぞれが第１半導体層、第２半導体層、及び該第１半導体層と該第２半導体層の間に設置された多重量子井戸層を具え、
そのうち、該第１発光ダイオードダイの第１半導体層と該第２発光ダイオードダイの第２半導体層が接続されることを特徴とする、発光ダイオードとしている。
請求項２の発明は、請求項１記載の発光ダイオードにおいて、該第１発光ダイオードダイと該第２発光ダイオードダイの間に第１絶縁部が形成され、該第１絶縁部に貫通孔が開設されたことを特徴とする、発光ダイオードとしている。
請求項３の発明は、請求項２記載の発光ダイオードにおいて、電極構造をさらに包含し、該電極構造は該貫通孔を通して該第１発光ダイオードダイの第１半導体層及び該第２発光ダイオードダイの第２半導体層に接続されることを特徴とする、発光ダイオードとしている。
請求項４の発明は、請求項３記載の発光ダイオードにおいて、該電極構造はさらに第１電極部及び第２電極部を包含し、該第１電極部は該第１発光ダイオードダイの第１半導体層上に形成され、該第２電極部は該第２発光ダイオードダイの第２半導体層に接続され且つ該貫通孔を通して該第１電極部に接続されることを特徴とする、発光ダイオードとしている。
請求項５の発明は、請求項４記載の発光ダイオードにおいて、該第１発光ダイオードダイの第２半導体層にさらに第３電極部が接続され、該第３電極部は第２絶縁部により該第２電極部と絶縁されていることを特徴とする、発光ダイオードとしている。
請求項６の発明は、請求項５記載の発光ダイオードにおいて、該第３電極部にさらに金属合金部が接続されたことを特徴とする、発光ダイオードとしている。
請求項７の発明は、請求項２記載の発光ダイオードにおいて、該貫通孔の幅は１０００μｍより小さいことを特徴とする、発光ダイオードとしている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は一種の発光ダイオードを提供し、それは、隣り合う二つのダイ間の半導体層が接続されて直列接続の構造を形成し、これにより発光ダイオード全体が必要とする電流が減少し、これにより発光ダイオードが発生する熱度が下がり、並びにさらに放熱片のサイズを縮小でき、これにより発光ダイオードの発光輝度が高められる。
【００１１】
本発明は一種の発光ダイオードを提供し、そのうち、発光ダイオードダイが具備するｐ型半導体層とそれに隣り合うもう一つの発光ダイオードダイが具備するｎ型半導体層が接続されて直列接続の構造を形成し、これにより該発光ダイオード全体が必要とする電流が減少し、これにより発光ダイオードが発生する熱度が下がり、並びにさらに放熱片のサイズを縮小でき、これにより発光ダイオードの発光輝度が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の発光ダイオードの実施例の表示図である。
【図２】本発明の発光ダイオードの別の実施例の表示図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照されたい。それは本発明の発光ダイオードの第１実施例の断面図である。該発光ダイオード２は、第１発光ダイオードダイ２０ａ及び第２発光ダイオードダイ２０ｂを包含する。
【００１４】
該第１発光ダイオードダイ２０ａ及び該第２発光ダイオードダイ２０ｂはそれぞれ第１半導体層２００、第２半導体層２０２及び多重量子井戸（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ，ＭＱＷ）層２０１を具える。
【００１５】
該多重量子井戸層２０１は該第１半導体層２００と該第２半導体層２０２の間に形成され、且つ該第１半導体層２００及び該第２半導体層２０２と接続されている。
【００１６】
本実施例では、該第１半導体層２００は該多重量子井戸層２０１の上表面に接続され、該第２半導体層２０２は該多重量子井戸層２０１の下表面に接続されている。
【００１７】
該第１半導体層２００はｐ型半導体層或いはｎ型半導体層とされる。もし該第１半導体層２００がｐ型半導体層とされるならば、該第２半導体層２０２はｎ型半導体層とされる。反対に、もし、該第１半導体層２００がｎ型半導体層とされるならば、該第２半導体層２０２はｐ型半導体層とされる。
【００１８】
ｐ型半導体層の材料はｐ型ＩＩＩ族窒化物材料、たとえば、ｐ−ＧａＮ、ｐ−ＡｌＧａＮ、ｐ−ＡｌＧａＩｎＮ、ｐ−ＩｎＧａＮ或いはｐ−ＡｌＮとされ得るが、これに限定されるわけではない。本実施例では、ｐ型半導体層はｐ−ＧａＮとされる。
【００１９】
ｎ型半導体層の材料はｎ型ＩＩＩ族窒化物材料、たとえば、ｎ−ＧａＮ、ｎ−ＩｎＧａＮ、ｎ−ＡｌＧａＮ或いはｎ−ＡｌＩｎＧａＮとされ得る。本実施例ではｎ型半導体層はｎ−ＧａＮとされる。
【００２０】
該多重量子井戸層２０１の材料は、たとえば、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ等の半導体材料とされ得る。
【００２１】
上述の第１半導体層２００、第２半導体層２０２及び多重量子井戸層２０１の形成方式は、たとえば、金属有機化学成長（ＭＯＣＶＤ，ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ，ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｂｅａｍ  ｅｐｉｔａｘｙ）或いは気相エピタキシー（ＶＰＥ，ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ）等の技術により、三層構造を成長して形成した後、さらにドライエッチング、ウエットエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ，ｒｅａｃｔｉｎｇ）或いはレーザー等の方式で、不要な部分を除去し、発光ダイオードダイを形成する。
【００２２】
該第１発光ダイオードダイ２０ａの第１半導体層２００と該第２発光ダイオードダイ２０ｂの第２半導体層２０２は接続される。本実施例では、該第１発光ダイオードダイ２０ａと該第２発光ダイオードダイ２０ｂの間に絶縁部２２が形成され、それには貫通孔２３が開設されて、該絶縁部２２が第１絶縁体２２０及び第２絶縁体２２１に分けられている。
【００２３】
該絶縁部２２の材料は、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3Ｎ4 、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ホトレジスト（ｐｈｏｔｏ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ＰＲ）或いはエポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ）等の材料より選択可能であり、さらに適合する成長法、たとえば、化学成長（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）、プラズマ補助化学成長（ｐｌａｓｍａ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ，ＰＥＣＶＤ）、原子層成長（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＡＬＤ）、印刷（ｐｒｉｎｔｉｎｇ）或いはコーティング（ｃｏａｔｉｎｇ）等の方式を利用することで形成される。
【００２４】
本実施例では、該第１絶縁体２２０及び該第２絶縁体２２１の材料は同じとされる。
該貫通孔２３はドライエッチング、ウエットエッチング、反応性イオンエッチング、レーザーエッチング或いは単にリソグラフィー工程等の方式で、該絶縁部２２に形成される。
【００２５】
該貫通孔２３の孔径Ｄは１０００μｍより小さく、別の実施例では、該貫通孔の孔径Ｄは２００μｍより小さく、また別の実施例では、該貫通孔の孔径Ｄは１００μｍより小さい。
【００２６】
説明すべきことは、前述の第１絶縁体２２０及び第２絶縁体２２１は同じ絶縁材料とされているが、別の実施例では、該第１絶縁体２２０及び該第２絶縁体２２１は異なる絶縁材料で構成されてもよい、ということである。
【００２７】
本実施例では、該第１発光ダイオードダイ２０ａの第１半導体層２００と該第２発光ダイオードダイ２０ｂの第２半導体層２０２の接続の方式は、電極構造２１を該貫通孔２３を通して相互に連接する。そのうち、該第１絶縁体２２０は、該第１発光ダイオードダイ２０ａの側壁を、該電極構造２１と互いに絶縁させている。該第２絶縁体２２１は該第２発光ダイオードダイ２０ｂの側壁を、該電極構造２１と互いに絶縁させている。
【００２８】
ある実施例では、該電極構造２１は、該第１発光ダイオードダイ２０ａの一部の第１半導体層２００上に接続される。及び、該第２発光ダイオードダイ２０ｂの一部の第２半導体層２０２上に接続される。
【００２９】
該電極構造２１は導電の金属材質とされ、それは、単一金属層或いは多重金属層とされ、該単一金属層或いは多重金属層は、導電に用いられる任意の適合する材料、たとえば、Ｃｒ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｌ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａ  ｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／ＴｉＷ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、ＴｉＷ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、ＮｉＶ／Ａｕ、Ａｌ、Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ａｌ／Ｐｔ／Ａｌ、Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｌ／Ｎｉ／Ａｌ、Ａｌ／Ｗ／Ａｌ、Ａｌ／Ｗ／Ａｕ、Ａｌ／ＴａＮ／Ａｌ、Ａｌ／ＴａＮ／Ａｕ、Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ、或いはＴｉ／ＮｉＶ／Ａｕで組成され、前述の材料中のＡｕは、Ｃｕに置換できる。
【００３０】
図２を参照されたい。それは本発明の発光ダイオードの別の実施例の表示図である。本実施例中、該発光ダイオード２ａは、第１発光ダイオードダイ２０ａと第２発光ダイオードダイ２０ｂを包含する。該第１発光ダイオードダイ２０ａと該第２発光ダイオードダイ２０ｂの構造は、図１の実施例で述べられたようであるため、ここでは説明しない。
【００３１】
本実施例中、該第１半導体層２００はｎ型半導体層とされ、該第２半導体層２０２はｐ型半導体層とされる。該第１発光ダイオードダイ２０ａと該第２発光ダイオードダイ２０ｂの間には、第１絶縁部２２ａがあり、その内に貫通孔２３が開設されている。該第１絶縁部２２ａの材質は前述の絶縁部２２の材質で述べたとおりであるので、ここでは説明しない。
【００３２】
図２の実施例中、電極構造２１は、該貫通孔２３を通して該第１発光ダイオードダイ２０ａの第１半導体層２００及び該第２発光ダイオードダイ２０ｂの第２半導体層２０２に接続される。
【００３３】
本実施例中、該電極構造２１は、第１電極部２１０及び第２電極部２１１を包含する。該第１電極部２１０は該第１発光ダイオードダイ２０ａの第１半導体層２００上に形成され、該第２電極部２１１は該第２発光ダイオードダイ２０ｂの第２半導体層２０２上に形成される。該第２電極部２１１は該貫通孔２３を通る延伸構造を具えて該第１電極部２１０と電気的に接続される。
【００３４】
該第１発光ダイオードダイ２０ａの第２半導体層２０２の底面には、さらに第３電極部２４が接続され、それは、第２絶縁部２５により該第２電極部２１１と絶縁されている。
【００３５】
第１絶縁部２２ａ及び該第２絶縁部２５の材料は、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3Ｎ4 、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ホトレジスト（ｐｈｏｔｏ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ＰＲ）或いはエポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ）等の材料より選択可能であり、さらに適合する成長法、たとえば、化学成長（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）、プラズマ補助化学成長（ｐｌａｓｍａ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ，ＰＥＣＶＤ）、原子層成長（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＡＬＤ）、或いは、印刷（ｐｒｉｎｔｉｎｇ）或いはコーティング（ｃｏａｔｉｎｇ）等の方式を利用することで形成される。
【００３６】
また、該第２絶縁部２５と該第１絶縁部２２ａは必要により同じ或いは異なる材料を選択できる。
【００３７】
該第１電極部２１０、該第２電極部２１１及び第３電極部２４の材料は、前述の図１に示される電極構造２１の材料選択性と同じであるため、ここでは詳しく説明しない。
【００３８】
また、該第３電極部２４の底部にはさらに金属合金部２６が接続され、それは、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈのうちの、すくなくとも二種類の材料で形成された合金材料とされる。
【００３９】
該金属合金部２６を形成する方式は、スパッタリング、ＰＶＤ、電気めっき、無電解めっき、或いは印刷等の方式を用いることができる。
【００４０】
説明しておくべきことは、もし、該第２半導体層２０２がｐ型半導体層とされるなら、該第３電極部２４はｐ型電極部とされることである。反対に、もし該第２半導体層２０２がｎ型半導体層とされるなら、該第３電極部２４はｎ型電極部とされる。
【００４１】
本実施例中、二つの発光ダイオードダイを以て本願の接続関係の特徴を説明しているが、実際の応用時には、二つの発光ダイオードダイに制限されるわけではない。
【００４２】
本発明の発光ダイオード２或いは２ａが電流を受け取る時、発光ダイオード内のリーク電流は零に接近する。
【００４３】
このほか、本発明の発光ダイオードはその具備する第１発光ダイオードダイ２０ａ上の第１半導体層２００と隣り合う第２発光ダイオードダイ２０ｂの第２半導体層２０２が接続されて直列接続の構造を形成し、これにより、発光ダイオード２或いは２ａ全体が必要とする電流は減少し、これにより発光ダイオードの発生する熱度が低くなり、並びにさらに放熱片のサイズを縮小でき、発光ダイオードの発光輝度を高めることができる。
【００４４】
このほか、本発明の発光ダイオード構造が必要とする駆動電圧は１２Ｖとされ、応用上、二組或いはそれ以上の発光ダイオード構造とされ得て、その駆動回路は、２４Ｖ、３６Ｖ、４８Ｖ、或いはこれにより類推されるとおりであり、すなわち、電圧変換の駆動回路体積は伝統的なものよりも小さく、これにより、駆動器の体積を縮小できる。
【００４５】
本発明中、発光ダイオードが必要とする放熱片の体積は縮小され、及び、駆動器の体積も縮小され、これにより、実際の応用上、設計者はより自由に本発明の発光ダイオードを設置でき、これにより、発光ダイオードの応用層面を改善できる。
【００４６】
以上述べたことは、本発明の実施例にすぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲に基づきなし得る同等の変化と修飾は、いずれも本発明の権利のカバーする範囲内に属するものとする。
【符号の説明】
【００４７】
２、２ａ  発光ダイオード
２０ａ  第１発光ダイオードダイ
２０ｂ  第２発光ダイオードダイ
２００  第１半導体層
２０１  多重量子井戸層
２０２  第２半導体層
２１  電極構造
２１０  第１電極部
２１１  第２電極部
２２  絶縁部
２２０  第１絶縁体
２２１  第２絶縁体
２２ａ  第１絶縁部
２３  貫通孔
２４  第３電極部
２５  第２絶縁部
２６  金属合金部
【図１】
2014049741.tif 000003
【図２】
2014049741.tif 000004