(57)【要約】【課題】光出力性能を向上させうる発光ダイオードを提供する。【解決手段】ｎ型半導体層１０５と、ｎ型半導体層１０５と相互に対向して形成されたｐ型半導体層１０３と、ｎ型半導体層１０５とｐ型半導体層１０３との間に形成された活性層１０４と、ｎ型半導体層１０５及びｐ型半導体層１０３のうち、活性層１０４で発生した光が外部に放出される側の半導体層の表面に所定のパターンに形成され、光の進行経路を変化させて光抽出効率を高めるナノパターン金属層１１０と、を備える。【選択図】図２
2006339656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と相互に対向して形成されたｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間に形成された活性層と、
前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層のうち、前記活性層で発生した光が外部に放出される側の半導体層の表面に所定のパターンに形成され、前記光の進行経路を変化させて光抽出効率を高めるナノパターン金属層と、を備える発光ダイオード。
【請求項２】
前記ナノパターン金属層は、ストライプパターンに形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記ストライプパターンのストライプの幅は、前記活性層で発生した光の波長よりも小さく、
前記ストライプの間隔は、前記ストライプの幅よりも大きく、前記光の波長の１／１０〜５倍の値を有することを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記ナノパターン金属層は、格子パターンに形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記格子パターンの格子の幅は、前記活性層で発生した光の波長よりも小さく、
前記格子の間隔は、前記格子の幅よりも大きく、前記光の波長の１／１０〜５倍の値を有することを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記ナノパターン金属層は、ドットパターンに形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記ドットパターンのドットの最大幅は、前記活性層で発生した光の波長よりも小さく、
前記ドットの最小間隔は、前記ドットの最大幅よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層のうち、前記ナノパターン金属層が位置する側の半導体層の表面には、前記ナノパターン金属層のパターンに対応する溝が形成され、当該溝内に前記ナノパターン金属層が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記溝は、ストライプパターン、格子パターン、及びドットパターンのうち何れか一つのパターンに形成されたことを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層のうち、前記ナノパターン金属層が位置する側の半導体層の表面には、ボスがドットパターンに形成され、前記ボスの間の空間に前記ナノパターン金属層が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記ボスの最大幅は、前記活性層で発生した光の波長よりも小さく、前記ボスの最小間隔よりも大きいことを特徴とする請求項１０に記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層のうち、前記ナノパターン金属層が位置する側の半導体層の表面には、透明電極が全体的に形成されて電気的に接触していることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
前記透明電極は、ＩＴＯ物質で形成されたことを特徴とする請求項１２に記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層のうち、前記ナノパターン金属層が位置する側の半導体層の表面には、金属電極が部分的に形成されて電気的に接触していることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
前記ナノパターン金属層は、前記金属電極が形成された領域以外の領域に配置されたことを特徴とする請求項１４に記載の発光ダイオード。
【請求項１６】
前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層のうち、前記ナノパターン金属層が位置する側と反対側の半導体層には、前記活性層で発生した光を反射させるように反射層が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１７】
前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層のうち、前記ナノパターン金属層が位置する側と反対側の半導体層には、基板が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１８】
前記ｎ型半導体層、前記活性層、及び前記ｐ型半導体層は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物系化合物からなることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１９】
前記ナノパターン金属層の厚さは、１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項２０】
前記ナノパターン金属層は、銀、金、アルミニウム、及び銅からなる群より選択された何れか一つの金属から形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項２１】
活性層の両面にそれぞれ形成されたｎ型半導体層及びｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層に電気的に接触するように形成され、前記活性層で発生した光を反射させるｐ型電極と、
前記ｐ型電極の外側に配置された基板と、
前記ｎ型半導体層に電気的に接触するように形成されたｎ型電極と、
前記ｎ型半導体層の前記ｎ型電極に向かう面に所定のパターンに形成され、前記活性層で発生した光の進行経路を変化させて光抽出効率を高めるナノパターン金属層と、を備える発光ダイオード。
【請求項２２】
活性層の両面にそれぞれ形成されたｎ型半導体層及びｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層の外側に配置された基板と、
前記ｎ型半導体層側に配置されて前記活性層で発生した光を反射させる反射層と、
前記ｎ型半導体層の露出された面に電気的に接触するように形成されたｎ型電極と、
前記ｐ型半導体層に電気的に接触するように形成されたｐ型電極と、
前記ｐ型半導体層の前記ｐ型電極に向かう面に所定のパターンに形成され、前記活性層で発生した光の進行経路を変化させて光抽出効率を高めるナノパターン金属層と、を備える発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードに係り、より詳細には、光抽出効率を向上させるために構造が改善された発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、光通信といった通信分野に加え、コンパクトディスクプレーヤ（ＣＤＰ：Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｐｌａｙｅｒ）及びデジタル多機能ディスクプレーヤ（ＤＶＤＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ  Ｐｌａｙｅｒ）などのような装置におけるデータ伝送、データ記録、及びデータ読み取りのための手段として広く使われており、大型屋外電光板及び液晶ディスプレイのバックライトなどに応用範囲を広げている。
【０００３】
図１は、一般的な発光ダイオードの一例を概略的に示した断面図である。
【０００４】
図１を参照すれば、発光ダイオード１０には、基板１１の上面にｎ型半導体層１２、光が生成される活性層１３、及びｐ型半導体層１４が順次に備えられる。ｎ型半導体層１２及びｐ型半導体層１４には、ｎ型電極１５とｐ型電極１６とがそれぞれ電気的に接触するように備えられる。
【０００５】
活性層１３で発生した光は、ｐ型半導体層１４及びｐ型電極１６を経て外部に放出されるか、あるいは、ｎ型半導体層１２及び基板１１を経て外部に放出される。ｐ型半導体層１４及びｐ型電極１６を経て光が外部に放出される場合は、例えば、活性層１３で発生した光のうちｐ型半導体層１４とｐ型電極１６との境界面で全反射が起こる臨界角より放出角度が大きい光は、ｐ型電極１６と基板１１との間の内部で反射を繰り返しながら進行する。この過程で光が有するエネルギーは、ｐ型電極１６などに吸収されることによって、光の強度が急激に弱化する。上記のような現象は、発光ダイオードの光抽出効率を低下させる原因となるので、これを解決するための方案が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためのものであって、ナノパターン金属層を備えることによって、活性層で発生した光の進行経路が変化しても光抽出効率が上昇することによって光出力性能を向上させうる発光ダイオードを提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するための本発明による発光ダイオードは、ｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層と相互に対向して形成されたｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間に形成された活性層と、前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層のうち、前記活性層で発生した光が外部に放出される側の半導体層の表面に所定のパターンに形成され、前記光の進行経路を変化させて光抽出効率を高めるナノパターン金属層と、を備える。
【０００８】
そして、本発明による発光ダイオードは、活性層の両面にそれぞれ形成されたｎ型半導体層及びｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層に電気的に接触するように形成され、前記活性層で発生した光を反射させるｐ型電極と、前記ｐ型電極の外側に配置された基板と、前記ｎ型半導体層に電気的に接触するように形成されたｎ型電極と、前記ｎ型半導体層の前記ｎ型電極に向かう面に所定のパターンに形成され、前記活性層で発生した光の進行経路を変化させて光抽出効率を高めるナノパターン金属層と、を備える。
【０００９】
また、本発明による発光ダイオードは、活性層の両側面にそれぞれ形成されたｎ型半導体層及びｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層の外側に配置された基板と、前記ｎ型半導体層側に配置されて前記活性層で発生した光を反射させる反射層と、前記ｎ型半導体層の露出された面に電気的に接触するように形成されたｎ型電極と、前記ｐ型半導体層に電気的に接触するように形成されたｐ型電極と、前記ｐ型半導体層の前記ｐ型電極に向かう面に所定のパターンに形成され、前記活性層で発生した光の進行経路を変化させて光抽出効率を高めるナノパターン金属層と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、活性層で発生した光が外部に放出される側に位置する半導体層の表面にナノパターン金属層を形成することによって、光の進行経路を変化させることができ、光抽出効率を高めることができる。その結果、発光ダイオードの光出力性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。図面では説明の明確性のために各構成要素の大きさが誇張されて図示されていることがある。以下の各図面で同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【００１２】
図２は、本発明の第１実施形態による発光ダイオードを示した斜視図である。
【００１３】
図２を参照すれば、本発明の第１実施形態による発光ダイオード１００は、垂直型発光ダイオードであって、基板１０１の上方に順次に積層されたｐ型半導体層１０３、活性層１０４、及びｎ型半導体層１０５が備えられている。
【００１４】
基板１０１は、Ｃｕ及びＳｉなどからなる基板が用いられる。
【００１５】
ｐ型半導体層１０３は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物系化合物からなるｐ型物質層であって、ｐ型導電性不純物がドーピングされた直接遷移型であることが望ましく、その中でもｐ−ＧａＮ層であることがさらに望ましい。その他にｐ型半導体層１０３は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物系化合物にＡｌまたはＩｎを所定の割合で含有した物質層、例えば、ＡｌＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層などでありうる。
【００１６】
ｎ型半導体層１０５は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物系化合物からなるｎ型物質層であって、ｎ−ＧａＮ層であることが望ましい。その他にｎ型半導体層１０５は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物系化合物にＡｌまたはＩｎを所定の割合で含有した物質層、例えば、ＡｌＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層などでありうる。
【００１７】
活性層１０４は、電子と正孔との再結合といったキャリアの再結合により光放出が起こる物質層であって、多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造を有するＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物系化合物からなる物質層であることが望ましく、そのうちＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、及びｘ＋ｙ≦１）層であることがさらに望ましい。なお、活性層１０４は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物系化合物にＩｎを所定の割合で含有する物質層、例えば、ＩｎＧａＮ層でありうる。一方、ｐ型半導体層１０３、活性層１０４、及びｎ型半導体層１０５は、前述したものに限定されず、多様に構成できる。
【００１８】
ｐ型半導体層１０３には、ｐ型電極１０２が電気的に接触し、ｎ型半導体層１０５には、ｎ型電極１０６が電気的に接触する。すなわち、ｐ型電極１０２は、ｐ型半導体層１０３と基板１０１との間に配置されてｐ型半導体層１０３と接触するように形成されており、ｎ型電極１０６は、ｎ型半導体層１０５上に配置されてｎ型半導体層１０５と接触するように形成されている。そして、ｎ型電極１０６上の一部の領域には、外部電源と連結されるボンディングパッド１０７が形成されている。
【００１９】
上記のような構成により、ｎ型電極１０６を通じてｎ型半導体層１０５には電子が注入され、ｐ型電極１０２を通じてｐ型半導体１０３層には正孔が注入される。注入された電子と正孔は、活性層１０４で接触して消滅しながら短波長帯域の光を発生させる。発光する光の色は、波長帯域によって異なるが、波長帯域は発光ダイオードを形成する物質による伝導帯と価電子との間のエネルギー幅により決定される。
【００２０】
活性層１０４で発生した光は、本実施形態のように、ｎ型半導体層１０５及びｎ型電極１０６を順次に経て外部に放出されうる。この場合、ｎ型電極１０６は、光を外部に透過させるように透明電極からなり、ｐ型電極１０２は、光を反射させるように反射層の役割をする電極からなることが望ましい。ｎ型電極１０６をなす透明電極は、たとえば、ＩＴＯ物質で形成できる。
【００２１】
このように活性層１０４で発生されてｎ型半導体層１０５及びｎ型電極１０６を経て外部に放出される光の中には、放出角度によってｎ型半導体層１０５とｎ型電極１０６との間の境界面で全反射される光が存在する。これは、一般的にｎ型電極１０６の屈折率がｎ型半導体層１０５の屈折率より小さいために生じる現象であるが、全反射条件の臨界角より大きい入射角で放出された光がｎ型半導体層１０５とｎ型電極１０６との間の境界面で全反射されることである。このように全反射された光は、ｎ型電極１０５とｐ型電極１０２との間で反射を繰り返しながら進行し、この過程で光のエネルギーが消失されるか、または、ｎ型電極１０５の上面でない側面に光が放出される。これは、ｎ型電極１０６の上面を通じた光抽出効率を低下させて、結果的に発光ダイオード１００の光出力を落とす原因となる。
【００２２】
本発明は、前述したように全反射される光を最小化して光抽出効率を高めるために、ｎ型半導体層１０５とｎ型電極１０６との間にナノパターン金属層１１０が形成されたことにその特徴がある。ナノパターン金属層１１０は、ｎ型半導体層１０５のｎ型電極１０６に向かう面に到達した光のうち、ｎ型半導体層１０５の屈折率とｎ型電極１０６の屈折率から計算された全反射条件の臨界角より大きい入射角で放出された光の経路を変化させることによって、全反射される光を最小化させる。
【００２３】
このために、ナノパターン金属層１１０は、図示されたように、ｎ型半導体層１０５のｎ型電極１０６に向かう面にストライプパターンに形成されうる。ストライプパターンは、互いに離隔されたストライプからなり、ストライプの間に空間がそれぞれ設けられたものである。ストライプは、それぞれ均一な幅ｗを有して所定の間隔ｐで配列されることが望ましい。そして、ナノパターン金属層１１０の厚さｔは、光学特性および生産性などの見地から、１００ｎｍ以下であることが望ましい。ナノパターン金属層１１０は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、及びＡｌのうち何れか一つからなりうる。ナノパターン金属層１１０は、ナノインプリント、電子ビームリソグラフィ、及びボログラフィックリソグラフィなどの方式でパターンを形成し、エッチングして形成できる。
【００２４】
上記のようにナノパターン金属層１１０が形成されることによって、ナノパターン金属層１１０は、ｎ型半導体層１０５のｎ型電極１０６に向かう面に到達した光のうち全反射条件で入射された光の少なくとも一部を回折現象により回折させうる。このように回折された光は、ｎ型電極１０６を経て外部に放出されうるので、これにより光抽出効率が上昇しうる。そして、ナノパターン金属層１１０は、回折されずに反射される光の反射角度を変化させることもある。このように反射角度が変化された光は、ｎ型電極１０６とｐ型電極１０２との間で反射を繰り返して進行しているうちに、全反射条件の臨界角よりも小さな角度でｎ型半導体層１０５のｎ型電極１０６に向かう面に入射する場合には、ｎ型電極１０６を経て外部に放出されうるので、これにより光抽出効率が上昇しうる。また、ナノパターン金属層１１０は、ｎ型半導体層１０５のｎ型電極１０６に向かう面に到達した光のうち全反射条件で入射された光の一部により表面プラズモン波が誘導されうる。このように誘導された表面プラズモン波は、ナノパターン金属層１１０及びｎ型電極１０６に対するｎ型半導体層１０５の境界面に沿って進行しているうちにｎ型電極１０６を経て外部に放出されることもあるので、これにより光抽出効率を向上させうる。
【００２５】
上記のようなナノパターン金属層１１０において、ストライプの幅ｗは、活性層１０４で発生した光の波長よりも小さく設定されうる。また、隣接するストライプの間隔は、回折現象が容易に起こるように光の波長に近接した大きさを有し、ストライプが十分な間隔で離隔されるようにストライプの幅ｗよりも大きいことが望ましい。さらに、ストライプの間隔は、光波長の１／１０〜５倍の値を有することが望ましい。このようなナノパターン金属層１１０により光抽出効率が向上する効果は、図３を通じて確認できる。
【００２６】
図３は、ナノパターン金属層において、ストライプの間隔による光出力向上比率を示したグラフである。ここで、ストライプの幅ｗは５０ｎｍ、ストライプの厚さｔは５ｎｍに設定され、４００ｎｍの波長を有する光が用いられた。
【００２７】
図３によれば、ナノパターン金属層１１０において、ストライプの間隔ｐが概略４００ｎｍの場合、すなわち、ストライプの間隔が光の波長である４００ｎｍに近接した場合、ナノパターン金属層１１０が形成されていない構造に比べて４５％以上光出力が向上することが分かる。なお、ナノパターン金属層１１０が形成されるだけで、光出力が全般的に向上することが分かる。
【００２８】
一方、ナノパターン金属層１１０は、上記のような作用のために、図４〜図７に示したような変形例により形成されうる。
【００２９】
図４に示した第１変形例によるナノパターン金属層２１０は、ｎ型半導体層１０５のｎ型電極１０６に向かう面に格子パターンに形成されている。格子パターンは互いに離隔された横ストライプと、横ストライプとそれぞれ交差して互いに離隔された縦ストライプからなり、ストライプの間に空間がそれぞれ設けられたものである。横ストライプ及び縦ストライプは、それぞれ均一な幅を有して所定の間隔で配列されることが望ましい。
【００３０】
このようなナノパターン金属層２１０は、前述したように、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、及びＡｌのうち何れか一つからなり、ナノパターン金属層２１０の厚さは、１００ｎｍ以下であることが望ましい。ナノパターン金属層２１０において、格子の幅、すなわち横ストライプの幅及び縦ストライプの幅は、活性層１０４で発生した光波長よりもそれぞれ小さく設定されうる。そして、格子の間隔、すなわち横ストライプの間隔及び縦ストライプの間隔は、前記空間が十分な大きさで確保できるように、横ストライプの幅及び縦ストライプの幅よりもそれぞれ大きく設定されることが望ましい。また、格子の間隔は、回折現象がよく生じるように光波長の１／１０〜５倍の値を有することが望ましい。
【００３１】
図５に示した第２変形例によるナノパターン金属層３１０は、ｎ型半導体層１０５のｎ型電極１０６に向かう面にドットパターンに形成されている。ドットパターンは、互いに離隔されたドットからなり、ドットの間に空間がそれぞれ設けられたものである。ドットは、同じサイズを有し、所定の間隔で配列されることが望ましい。ドットは、円筒型に示されているが、これに限定されず、多様な形状が可能である。
【００３２】
このようなナノパターン金属層３１０は、前述したように、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、及びＡｌのうち何れか一つからなり、ナノパターン金属層３１０の厚さは、１００ｎｍ以下であることが望ましい。ナノパターン金属層３１０において、ドットの最大幅は、活性層１０４で発生した光波長よりも小さく設定されうる。そして、ドットの最小間隔は空間が十分な大きさに確保できるように、ドットの最大幅よりも大きく設定されることが望ましい。
【００３３】
図６に示した第３変形例によるナノパターン金属層４１０は、ｎ型半導体層４０５のｎ型電極１０６に向かう面に形成された溝４０５ａ内に配置されるように形成されている。ｎ型半導体層４０５は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物系化合物からなり、ｎ型電極１０６は、透明電極からなりうる。
【００３４】
ナノパターン金属層４１０は、図示されたように、ストライプパターンに配列されうるが、この場合、ナノパターン金属層４１０は、図２に示したナノパターン金属層１１０と同一に構成されうる。一方、ナノパターン金属層４１０は、上記の図４に示した格子パターンのナノパターン金属層２１０または図５に示したドットパターンのナノパターン金属層３１０から構成されてもよい。そして、溝４０５ａは、ナノパターン金属層４１０のストライプの幅に対応する幅を有するように形成され、ナノパターン金属層４１０の厚さよりも大きい深さを有するように形成されたものと図示されているが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００３５】
図７に示した第４変形例によるナノパターン金属層５１０は、ｎ型半導体層５０５のｎ型電極１０６に向かう面に凸状に形成されたボス（突起部）５０５ａの間の空間内に配置されるように形成されている。ｎ型半導体層５０５は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物系化合物からなり、ｎ型電極１０６は、透明電極からなりうる。
【００３６】
ボス５０５ａの最大幅は活性層１０４で発生した光波長よりも小さく、隣接するボス５０５ａの最小間隔よりも大きいことが望ましい。このようなナノパターン金属層５１０は、前述したように、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、及びＡｌのうち何れか一つからなり、ナノパターン金属層５１０の厚さは、１００ｎｍ以下であることが望ましい。ボス５０５ａは、ナノパターン金属層５１０よりも高く形成されたものと図示されているが、ナノパターン金属層５１０と同じ高さに形成されるか、または低く形成されることもある。
【００３７】
一方、図８は、本発明の第２実施形態による発光ダイオードを示した斜視図である。
【００３８】
図８を参照すれば、本実施形態による発光ダイオード６００には、前述した第１実施形態のように、基板６０１の上方に順次に積層されたｐ型半導体層６０３、活性層６０４、及びｎ型半導体層６０５が備えられている。そして、ｐ型半導体層６０３、活性層６０４、及びｎ型半導体層６０５は、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物系化合物からなりうる。
【００３９】
ｐ型半導体層６０３と基板６０１との間には、ｐ型電極６０２が配置されてｐ型半導体層６０３と電気的に接触するように形成されており、ｎ型半導体層６０５には、ｎ型電極６０６が電気的に接触するように形成されている。本実施形態のように活性層６０４で発生した光がｎ型半導体層６０５を経て外部に放出される構造では、ｐ型電極６０２は、光を反射させるように反射層の役割を果たす電極からなる。ｎ型電極６０６は、前述した第１実施形態のように光を透過させうるＩＴＯのような物質で形成された透明電極からなるものではなく、ＩＴＯよりライン抵抗が比較的に低い金属で形成された金属電極からなるという差がある。ｎ型電極６０６は、金属電極から形成されば、光透過性が落ちるので、ｎ型半導体層６０５上に光を透過させる領域が十分に確保され、かつｎ型半導体層６０５の全体にわたって電子が均一に供給される範囲内で最適のサイズに形成されることが望ましい。このようなｎ型電極６０６上の一部の領域には、外部電源と連結されるボンディングパッド６０７がさらに設けられ得る。
【００４０】
上記のようなｎ型電極６０６が部分的に形成されたｎ型半導体層６０５の表面にナノパターン金属層６１０が形成されている。ナノパターン金属層６１０は、格子パターンに形成されたものと図示されているが、前述したようにストライプパターン及びドットパターンなどの多様なパターンに形成されうる。ナノパターン金属層６１０は、ｎ型電極６０６が形成されていないｎ型半導体層６０５の表面にのみ形成されうるが、ｎ型半導体層６０５とｎ型電極６０６との間の境界面にも位置できるようにｎ型半導体層６０５の表面全体にわたって形成されることも可能である。
【００４１】
ナノパターン金属層６１０は、前述した第１実施形態のようにｎ型半導体層６０５のｎ型電極６０６に向かう面に到達した光のうちｎ型半導体層６０５の屈折率とｎ型電極６０６の屈折率から計算された全反射条件の臨界角より大きい入射角で放出された光の経路を変化させることによって、全反射される光を最小化させる。
【００４２】
図９は、本発明の第３実施形態による発光ダイオードを示した斜視図である。
【００４３】
図９を参照すれば、本実施形態による発光ダイオード７００は、水平型発光ダイオードであって、基板７０１の上部に順次に積層されたｎ型半導体層７０５、活性層７０４、及びｐ型半導体層７０３が備えられている。基板７０１は、サファイア基板が用いられ、ｎ型半導体層７０５、活性層７０４、及びｐ型半導体層７０３は、前述した第１及び第２実施形態のように、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物系化合物からなりうる。
【００４４】
ｎ型半導体層７０５の一部の領域には、ｎ型電極７０６が電気的に接触するように形成されている。すなわち、ｎ型半導体層７０５には、縁部がエッチングされて上部に露出された面が設けられており、前記露出された面にｎ型電極７０６が位置されている。
【００４５】
ｐ型半導体層７０３には、ｐ型電極７０２が電気的に接触するように形成されている。ｐ型電極７０２は、本実施形態のように活性層７０４で発生した光がｐ型半導体層７０３を経て外部に放出される構造では、光を透過させるようにＩＴＯのような物質で形成された透明電極からなるか、あるいは、第２実施形態のｎ型電極６０６のような構造を有する金属電極からなる。さらに、ｎ型半導体層７０５の基板７０１に向かった側、図９において、基板７０１の外側には、光を反射させる反射層７０８が設けられる。一方、反射層７０８は、ｎ型半導体層７０５と基板７０１との間に位置されてもよい。このようなｐ型電極７０２上の一部の領域には、外部電源と連結されるボンディングパッド７０７が設けられる。
【００４６】
上記のようなｐ型電極７０２とｐ型半導体層７０３との間には、ナノパターン金属層７１０が形成されている。ナノパターン金属層７１０は、図示されたようにストライプパターンに配列されうるが、この場合、ナノパターン金属層７１０は、図２に示したナノパターン金属層１１０と同一に構成できる。一方、ナノパターン金属層７１０は、上記の図４に示した格子パターンのナノパターン金属層２１０、または、図５に示したドットパターンのナノパターン金属層３１０で構成されることもある。また、ナノパターン金属層７１０は、ｐ型半導体層７０３のｐ型電極７０２に向かう面に溝が形成され、溝内に配置されるか、または、ｐ型半導体層７０３のｐ型電極７０２に向かう面にボスが形成され、ボスの間の空間に配置されることもある。
【００４７】
ナノパターン金属層７１０は、ｐ型半導体層７０３のｐ型電極７０２に向かう面に到達した光のうち、ｐ型半導体層７０３の屈折率とｐ型電極７０２の屈折率から計算された全反射条件の臨界角より大きい入射角で放出された光の経路を変化させることによって、全反射される光を最小化させる。
【００４８】
本発明は添付した図面に示された一実施形態に基づいて説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能である点を理解できるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲によってのみ決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、発光ダイオード関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】一般的な発光ダイオードの一例を概略的に示した断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による発光ダイオードを示した斜視図である。
【図３】図２のナノパターン金属層において、ストライプの間隔による光出力向上比率を示したグラフである。
【図４】図２のナノパターン金属層の第１変形例を示した斜視図である。
【図５】図２のナノパターン金属層の第２変形例を示した斜視図である。
【図６】図２のナノパターン金属層の第３変形例を示した斜視図である。
【図７】図２のナノパターン金属層の第４変形例を示した斜視図である。
【図８】本発明の第２実施形態による発光ダイオードを示した斜視図である。
【図９】本発明の第３実施形態による発光ダイオードを示した斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０１，６０１，７０１    基板、
１０２，６０２，７０２    ｐ型電極、
１０３，６０３，７０３    ｐ型半導体層、
１０４，６０４，７０４    活性層、
１０５，４０５，５０５，６０５，７０５    ｎ型半導体層、
１０６，６０６，７０６    ｎ型電極、
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０    ナノパターン金属層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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