(57)【要約】【課題】発光ダイオード装置の提供。【解決手段】高輝度の垂直型発光ダイオード装置（ＬＥＤ）であり、それは外に移された金属電極を有する。該ＬＥＤ装置は堆積技術、たとえば、物理気相堆積（ＰＶＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、蒸着（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）或いは電気メッキ或いはその結合技術を利用し、発光ダイオードのエピタキシャル構造表面の外側に、金属電極が形成され、その後、さらにパッケージされてなる。そのうち、発光ダイオードの成分は、窒化物、リン化物或いはヒ素化物とされ得る。本発明のＬＥＤは電流拡散効果がアップされ、金属電極の吸光が減らされ、輝度が高められ、効率が高められ、これによりエネルギー効率を改善する。該金属電極は該装置の外側に位置し並びに発光側上に位置する。該金属電極は両側壁を有する。該金属電極のそのうちの１側壁は他の側壁に較べて該装置から発射される光をより多く受け取る。【選択図】図４
2013508994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード装置において、
鏡面反射層と、
該鏡面反射層の上に形成された第１導電性半導体層と、
該第１導電性半導体層の上に形成された活性層と、
該活性層の上に形成された第２導電性半導体層と、
該第２導電性半導体層の上に形成された第２金属電極と、
を包含し、該第２金属電極の両側がそれぞれ高光照射側と低光照射側とされ、該低光照射側が該鏡面反射層の幅範囲外に位置し、且つ該鏡面反射層と該第１導電性半導体層の接触する面積が該第１導電性半導体層の面積の百分の７５以上であることを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項２】
請求項１記載の発光ダイオード装置において、該活性層の材料は、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓからなる群より少なくとも一種類が選択されることを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項３】
請求項１記載の発光ダイオード装置において、該鏡面反射層の材料は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｉｎ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｂｉ、ＡｌＳｉ、Ａｇ／Ｎｉ、Ｎｉ／Ａｇ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｇ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｇ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｎｉ／Ａｌ及びその合金からなる群より少なくとも一種類が選択されることを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項４】
請求項１記載の発光ダイオード装置において、該鏡面反射層と該第１導電性半導体層の間に設置された透明層をさらに包含したことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項５】
請求項１記載の発光ダイオード装置において、該鏡面反射層はＰＶＤ、ＣＶＤ、蒸着、スパッタ、電気メッキ、無電解メッキ、塗布、印刷或いはそれらの結合の少なくとも一つを使用して形成されることを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項６】
請求項１記載の発光ダイオード装置において、該第２導電性半導体層はｎ型窒化ガリウム半導体とされることを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項７】
請求項１記載の発光ダイオード装置において、該第２金属電極の材料は、Ｃｒ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｌ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、ＷＴｉ、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及びその合金からなる群より少なくとも一種類が選択されることを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項８】
請求項７記載の発光ダイオード装置において、該第２金属電極はＰＶＤ、ＣＶＤ、蒸着、スパッタ、電気メッキ、無電解メッキ、塗布、印刷或いはそれらの結合の少なくとも一つを使用して形成されることを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項９】
請求項１記載の発光ダイオード装置において、該第２金属電極の金属総面積は該第２導電性半導体層の面積の百分の２５以下を占めることを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１０】
請求項１記載の発光ダイオード装置において、中央に設置された少なくとも１本の金属電極線をさらに包含し、該金属電極線は第２金属電極に接続されることを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の発光ダイオード装置において、該第２金属電極と該金属電極線の厚さは０、１μｍから５０μｍとされることを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１２】
請求項１記載の発光ダイオード装置において、該第２導電性半導体層と該第２金属電極の間に設置された導電透明層をさらに包含することを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１３】
請求項１記載の発光ダイオード装置において、該第２導電性半導体層の表面の局部面積はパターン化されることを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１４】
請求項１記載の発光ダイオード装置において、該鏡面反射層を保護する保護層をさらに包含することを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の発光ダイオード装置において、該保護層の材料は、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｖ、ＷＴｉ、ＴａＮ、ＳｉＯ2 、ＳｉＮx 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＡｌＮ、ＩＴＯ及びＮｉ−Ｃｏからなる群より少なくとも一種類が選ばれることを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の発光ダイオード装置において、該保護層はＰＶＤ、ＣＶＤ、蒸着、スパッタ、電気メッキ、無電解メッキ、塗布、印刷或いはそれらの結合の少なくとも一つにより形成されることを特徴とする、発光ダイオード装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直型発光ダイオード（ＬＥＤ，Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）装置に係り、特に、外側に設置された金属電極を具えた高輝度発光ダイオード装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、発光ダイオードは生産コストが低廉で、生産難度が高くなく、サイズが小さく、消耗電力が少なく且つ効率が高いため、広く日常生活で、たとえば携帯電話、電子看板、懐中電灯、及び交通信号等に使用されている。このため、人々は不断に発光ダイオードの発光効率と輝度を高める努力を続けている。
【０００３】
近年、窒化物、リン化物を材料とする高輝度発光ダイオードが既に開発され、それは赤、青、緑色光を発射できるのみならず、各色光と白色光の発生に用いられ得る。現在、業界がまさに積極的に開発し、照明領域に用いている発光ダイオードは、早期の方法では、多数の発光ダイオードを組み合わせてアレイを形成し、これにより、出力パワーをアップしていたが、発光ダイオードアレイを包含するＬＥＤ装置は製造工程上、単一ハイパワー発光ダイオード装置に較べてより複雑であり、このため製造コストが高く且つ安定した信頼度を具備するのは容易でない。
【０００４】
ＬＥＤのパワーと発光量を増加する方法の一つは、その大きさ及び発光表面積を増加する、というものである。しかし、周知のＬＥＤは通常、半導体材料層の導電性が比較的低いため、電流が有効に且つ均一に、接点から全体の活性層に広がらず、ＬＥＤ内部には一部の領域の電流密度が高くなり過ぎる状況が発生し得て、そのために全体の輝度に影響が生じ、ひいては活性層付近の早期劣化が引き起こされて、大幅に使用寿命が短縮されることとなる。
【０００５】
図１Ａは、周知の小サイズの垂直型発光ダイオード装置１００の構造平面図であり、図１Ｂは図１Ａ中の発光ダイオード装置１００の構造断面図であり、図２は周知の大サイズの垂直型発光ダイオード装置２００の構造平面図である。図１Ｂを参照されたい。周知の小サイズの発光ダイオード装置１００の構造は典型的に、第１電極１０９、第１電極１０９の上に形成された導電基底層１０８、導電基底層１０８の上に形成された鏡面反射層１０６、鏡面反射層１０６の上に形成された第１導電性半導体層１０４、第１導電性半導体層１０４の上に形成された活性層１０３（或いは発光層と称する）、活性層１０３の上に形成された第２導電性半導体層１０２、第２導電性半導体層１０２の上に形成された第２金属電極１０１を包含する。図１Ａに示されるように、小サイズの垂直型発光ダイオード装置１００中、第２金属電極１０１は第２導電性半導体層１０２の中心に位置し、且つサイズが小さく、電流拡散効果が良好であり、ゆえに、余分の金属導線を設置する必要がない。
【０００６】
周知の大サイズの垂直型発光ダイオード装置の電流が均一に拡がらないことは、発光ダイオード装置の発光効率に影響を与える主因であり、このため、半導体材料層の厚さを増して、導電性を増すことが考慮される。図１Ａ、１Ｂに示される小サイズＬＥＤ（約０．２５ｍｍ2 以下）について述べると、このような方式は確実に輝度と電流拡散効果をアップするのに役立つ。ただし、半導体材料層の厚さを増すと、生産コストを増す以外に、通常、応力などの問題があるため、半導体材料層の厚さは大サイズの発光ダイオード装置の電流拡散効果要求に合わせて無制限に増加させることはできない。このため、もし図２に示されるような大サイズのものについては、半導体材料層の厚さを増加しても、満足のいく効果を得ることはできない。なぜならＬＥＤ装置のサイズが増加する時、均一に電流をｎ型接点或いはｐ型接点から半導体材料層を経由して拡散するのはより難しくなるためである。これから分かるように、ＬＥＤのサイズは大幅に半導体材料層の電流拡散特徴に制限される。
【０００７】
図２に示されるように、周知の大サイズの垂直型発光ダイオード装置２００中、第２金属電極ソルダパッド領域２１０は第２導電性半導体層２０２の中心に位置し、通常は、放射状金属電極２０１を利用することで、電流拡散特性を高めている。ただし、一般に発光ダイオード装置の輪郭のほとんどは正方形或いは矩形とされ、このため各放射状金属線を最良の電流拡散効果を達成できる方式で発光層上に配置するのが難しいのみならず、隣り合う放射状金属線の間が確実に同じ間距を有するようにすることも難しい。且つその金属電極両側はいずれも高輝度光照射側に属し、光を吸収して輝度の下降を形成しやすい。図３Ａ及び３Ｂには、別の周知の大サイズの垂直型発光ダイオード装置２００Ａと２００Ｂが示され、その金属電極の両側はいずれも高輝度光照射側に属し、同様に光を吸収して輝度下降を形成しやすい。これにより、周知のＬＥＤ装置には、以下のような改善を要する問題、たとえば、電流密度が十分に均一ではないこと、光取り出し効率が高くないこと、輝度が必要を満足できないこと、効率が要求を満足できないこと、使用寿命が十分に長くないこと、が不変に存在している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の問題を鑑み、本発明は一種の改良式垂直型発光ダイオード装置を提供し、それは周知のＬＥＤ装置に較べてさらに高い出力輝度及び効率を有し、並びに余分のコストを増さない状況で、十分に現代人の高エネルギー効率の要求を満足させ、そのうち、複雑な製造工程技術に関わらず、十分に経済効果を有するものとする。
【０００９】
本発明は電流拡散を改良し金属電極吸光特性を減らしたＬＥＤ装置を提供することにより、上述の問題を解決し並びに上述の目的を達成する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１態様は一種の垂直型発光ダイオード（ＬＥＤ）装置を提供し、それは外側に設置された金属電極を具え、該ＬＥＤ装置は、第１電極、該第１電極の上に形成された導電基底層、該導電基底層の上に形成された鏡面反射層、該鏡面反射層の上に形成された第１導電性半導体層、該第１導電性半導体層の上に形成された活性層、該活性層の上に形成された第２導電性半導体層、該第２導電性半導体層の上に形成され、並びに該第２導電性半導体層の外側に位置し、且つ両側がそれぞれ高光照射側、低光照射側とされ、該低光照射側が該鏡面反射層の幅範囲外に位置する第２金属電極を包含する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の外に移された金属電極を利用することで、垂直型発光ダイオード装置の電流拡散効果を最適化し金属電極の吸光を減らすことができ、それにより輝度を高め、効率を高め、エネルギー資源を節約し、使用寿命を延長できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】周知の小サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図である。
【図１Ｂ】周知の小サイズ垂直型発光ダイオード装置の断面図である。
【図２】周知の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図である。
【図３Ａ】周知の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図及び細部断面図を同時に示し、その金属電極の両側はいずれも高光照射側に属する。
【図３Ｂ】別の周知の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図及び細部断面図を同時に示し、その金属電極の両側はいずれも高光照射側に属する。
【図４】本発明の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのうちチップサイズは１ｍｍ2 とされる。
【図５】図４の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図及び断面図を同時に示す。
【図６】図４の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の立体図である。
【図７】本発明の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図及び細部断面図を同時に示し、そのチップサイズは１ｍｍ2 とされる。
【図８】本発明の別の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図及び細部断面図を同時に示し、そのチップサイズは１ｍｍ2 とされる。
【図９】本発明の別の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図及び細部断面図を同時に示し、そのチップサイズは１ｍｍ2 とされる。
【図１０】本発明の別の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図及び細部断面図を同時に示し、そのチップサイズは１ｍｍ2 とされる。
【図１１】本発明の別の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．６ｍｍ2 とされる。
【図１２】図１１の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図及び断面図である。
【図１３】本発明の実施例の小サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図及び断面図を同時に示し、そのチップサイズは０．１ｍｍ2 とされる。
【図１４Ａ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１４Ｂ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１４Ｃ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１４Ｄ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１４Ｅ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１４Ｆ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１５Ａ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１５Ｂ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１５Ｃ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１５Ｄ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１５Ｅ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１５Ｆ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１６Ａ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１６Ｂ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１６Ｃ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１６Ｄ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１６Ｅ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１６Ｆ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１７Ａ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１７Ｂ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１７Ｃ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１７Ｄ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１７Ｅ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１７Ｆ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１８Ａ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１８Ｂ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１８Ｃ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１８Ｄ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１８Ｅ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１８Ｆ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１９Ａ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１９Ｂ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１９Ｃ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１９Ｄ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１９Ｅ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図１９Ｆ】本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。
【図２０Ａ】本発明のその他の実施例の垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より小さい。
【図２０Ｂ】本発明のその他の実施例の垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より小さい。
【図２０Ｃ】本発明のその他の実施例の垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より小さい。
【図２０Ｄ】本発明のその他の実施例の垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのチップサイズは０．３ｍｍ2 より小さい。
【図２１Ａ】本発明のその他の実施例の直方体チップの垂直型発光ダイオード装置の平面図である。
【図２１Ｂ】本発明のその他の実施例の直方体チップの垂直型発光ダイオード装置の平面図である。
【図２１Ｃ】本発明のその他の実施例の直方体チップの垂直型発光ダイオード装置の平面図である。
【図２１Ｄ】本発明のその他の実施例の直方体チップの垂直型発光ダイオード装置の平面図である。
【図２１Ｅ】本発明のその他の実施例の直方体チップの垂直型発光ダイオード装置の平面図である。
【図２１Ｆ】本発明のその他の実施例の直方体チップの垂直型発光ダイオード装置の平面図である。
【図２１Ｇ】本発明のその他の実施例の直方体チップの垂直型発光ダイオード装置の平面図である。
【図２１Ｈ】本発明のその他の実施例の直方体チップの垂直型発光ダイオード装置の平面図である。
【図２１Ｉ】本発明のその他の実施例の直方体チップの垂直型発光ダイオード装置の平面図である。
【図２２Ａ】本発明の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の側面図である。
【図２２Ｂ】本発明の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の側面図である。
【図２３Ａ】本発明の小サイズ垂直型発光ダイオード装置の側面図である。
【図２３Ｂ】本発明の小サイズ垂直型発光ダイオード装置の側面図である。
【図２４Ａ】図２１Ａの直方体チップ垂直型発光ダイオード装置の側面図である。
【図２４Ｂ】図２１Ａの直方体チップ垂直型発光ダイオード装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に記述の本発明の好ましい実施例は、本発明の垂直型ＬＥＤ装置の異なる実施例を包含し、そのうち、半導体層の電流拡散特性と金属電極の吸光特性はすでに改良され、周知のＬＥＤ装置の輝度、効率及び使用寿命よりも優れていることを現出し得る。
【００１４】
図４は本発明に基づく一つの実施例の大サイズ垂直型ＧａＮ（窒化ガリウム）発光ダイオード装置３００の平面図である。図５は同時に図４の発光ダイオード装置３００の平面図及び断面図を示す。図６は図４の発光ダイオード装置３００の立体図である。本実施例中、ｎ型（第２）導電性半導体層３０２のサイズは１ｍｍ2 である。本発明の大サイズ垂直型発光ダイオード装置３００は、第１電極３０９、該第１電極３０９の上に形成された導電基底層３０８、該導電基底層３０８の上に形成された鏡面反射層３０６、該鏡面反射層３０６の上に形成されたｐ型（第１）導電性半導体層３０４、該ｐ型（第１）導電性半導体層３０４の上に形成された活性層３０３（または「発光層」と称される）、該活性層３０３の上に形成されたｎ型（第２）導電性半導体層３０２、該ｎ型（第２）導電性半導体層３０２の上に形成された第２金属電極３０１を包含し、そのうち、第２金属電極３０１はｎ型導電性半導体層３０２の外側に設置され、且つ第２金属電極３０１の両側はそれぞれ高光照射側３０１’、低光照射側３０１”とされ、そのうち低光照射側３０１”は該鏡面反射層３０６の幅範囲Ｗ外に位置し、すなわち、低光照射側３０１”は並びに鏡面反射層３０６によりカバーされず、中央に３本の金属電極線が設置されて第２金属電極３０１と接続される。注意すべきことは、中央に設置される金属電極線の数は、全体のＬＥＤ装置の外形輪郭及びサイズに合わせて、或いは必要により決定され得ることである。そのうち、第２導電性半導体層の表面の局部面積は、パターン化され得て、これにより、光取り出し効率を高める。このほか、ＬＥＤ装置３００はさらに金属ソルダパッド領域３１０を包含し（図４及び図６に示されるとおり）、それは、電気的接続に用いられる。注意に値することは、図中、電気的接続に用いられる金属ソルダパッド領域３１０は例示にすぎず、本発明はこの部分に記載される状況に限定されない。金属ソルダパッド領域３１０の数量は実際の必要により増減可能である。また、発光ダイオード装置３００は導電透明層（図示せず）を包含可能で、それは第２導電性半導体層３０２と第２金属電極３０１の間に設置される。
【００１５】
図７は本発明の別の実施例の大サイズ垂直型ＧａＮ（窒化ガリウム）発光ダイオード装置４００の平面図と断面図を同時に表示する。それは高光照射側に位置する第２導電性半導体層３０２の表面を粗化し、光取り出し効率を増加する。図８は本発明の別の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置４００’の平面図と断面図を同時に示し、それは全体の第２導電性半導体層３０２の表面を粗化し、これによりさらに光取り出し効率を増加する。第２導電性半導体層３０２の表面は球／球体或いは湿式／乾式エッチング技術を利用して粗化できるが、これに限定されるわけではない。
【００１６】
図９は本発明の別の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置５００の平面図及び断面図を同時に示す。発光ダイオード装置５００はさらに保護層３１１を包含し、それは鏡面反射層３０６を保護するのに用いられ、鏡面反射層３０６が酸化することで輝度が下がるのを防止する。保護層３１１の材料は、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｖ、ＷＴｉ、ＴａＮ、ＳｉＯ2 、ＳｉＮx 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＡｌＮ、ＩＴＯ及びＮｉ−Ｃｏからなる群より少なくとも一種類が選ばれる。保護層３１１は以下、すなわち、ＰＶＤ、ＣＶＤ、蒸着、スパッタ、電気メッキ、無電解メッキ、塗布、印刷或いはそれらの結合の少なくとも一つにより形成される。図９に示される第２導電性半導体層３０２の表面は高光照射側だけが粗化されているが、実際の必要により全体の第２導電性半導体層３０２の表面を粗化してもよい。
【００１７】
図１０は本発明の別の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置６００の平面図及び断面図を同時に示す。発光ダイオード装置６００中、鏡面反射層３１４と第１導電性半導体層３０４の間には光学透明層３１２が設置されて、全方位反射層（ｏｍｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）が形成される。鏡面反射層３１４は高反射率金属層、或いはブラッグ反射層（ＤＢＲ）を採用でき、外部量子効率を高め、その製造方法は、ＰＶＤ、ＣＶＤ、蒸着、スパッタ、電気メッキ、無電解メッキ、塗布、印刷或いはそれらの結合等の周知方法を採用できる。本発明の実施例中、鏡面反射層は単層或いは多層構造を有し得る。また、鏡面反射層の材料は、Ａｇ／Ｎｉ、Ｎｉ／Ａｇ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｇ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｇ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｎｉ／Ａｌ、Ａｕのいずれか一種類、或いはそれらの二種類以上の組合せ、或いはその合金中にＡｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｗ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｂｉ、ＡｌＳｉ或いはＡｌ等の金属を含有するものとされ得る。ブラッグ反射層の材料は、たとえば、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｉＮx 或いはその二種類以上の組合せとされ得る。導電基底層は金属或いはシリコン、ＧａＰ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＺｎＳｅ等の半導体材料或いはその二種類以上の組合せとされ、たとえばＰＶＤ、ＣＶＤ、蒸着、スパッタ、電気メッキ、無電解メッキ、塗布、印刷、チップ実装或いはそれらの結合等の周知方法で形成される。その厚さは、必要により１０から１０００μｍとされる。図１０に示される第２導電性半導体層３０２の表面は、僅かに高光照射側のみ粗化されているが、必要により全体の第２導電性半導体層３０２の表面を粗化してもよい。
【００１８】
表１は本発明の一つの実施例の大サイズ（１ｍｍ2 ）垂直型窒化物（窒化ガリウム）青色光発光ダイオード装置３００と四種類の周知設計Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤのＬＥＤ装置の輝度（出力光パワー）比較結果を表示する。そのうち、この５種類の設計の発光ダイオード装置は同一ウエハーより取得し、同じリードフレームを使用し、最後にシリコーン樹脂で完全に同じパッケージプロセスを実行して製品を獲得する。表１中、輝度出力光パワーは積分球を利用して測定し、これは本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者の熟知するところであり、ここでその関係細部については省略する。表１から本発明のＬＥＤ装置は周知の其の他のＬＥＤ装置に較べて、より高い出力パワーを有することが分かる。
【００１９】
【表１】
2013508994.tif 000003
【００２０】
図１１は本発明の別の実施例の大サイズ（０．６ｍｍ2 ）垂直型ＧａＮ（窒化ガリウム）発光ダイオード装置７００の平面図である。図１２は図１１の発光ダイオード装置７００の平面図及び断面図を同時に示す。発光ダイオード装置７００は、第２金属電極７０１、第２導電性半導体層７０２、活性層（発光層）７０３、第１導電性半導体層７０４、鏡面反射層７０６、導電基底層７０８、及び第１電極７０９を包含する。そのうち、第２導電性半導体層７０２のサイズは０．６ｍｍ2 とされ、各第２金属電極７０２の両側が、それぞれ高光照射側７０１’と低光照射側７０１”とされ、そのうち、低光照射側７０１”は鏡面反射層７０６の幅範囲Ｗ外に位置し、すなわち、低光照射側７０１”は鏡面反射層７０６にカバーされない。このほか、本実施例中、一つの電気的接続用の金属ソルダパッド領域７１０が設置される。
【００２１】
図１３は本発明の一つの実施例の小サイズ垂直型ＧａＮ（窒化ガリウム）発光ダイオード装置８００の平面図及び断面図を同時に示す。発光ダイオード装置８００は、第２金属電極８０１、第２導電性半導体層８０２、活性層（発光層）８０３、第１導電性半導体層８０４、鏡面反射層８０６、導電基底層８０８、及び第１電極８０９を包含する。本実施例中、第２導電性半導体層８０２のサイズは０．１ｍｍ2 とされる。本発明の小サイズ垂直型発光ダイオード装置８００は、第１電極８０９、第１電極８０９の上に形成された導電基底層８０８、導電基底層８０８の上に形成された鏡面反射層８０６、鏡面反射層８０６の上に形成された第１導電性半導体層８０４、第１導電性半導体層８０４の上に形成された活性層８０３（又は「発光層」と称する）、活性層８０３の上に形成された第２導電性半導体層８０２、第２導電性半導体層８０２の上に形成された第２金属電極８０１を包含し、そのうち、第２金属電極８０１は第２導電性半導体層８０２の外側に設置され、且つ第２金属電極８０１の両側はそれぞれ高光照射側８０１’と低光照射側８０１”とされ、そのうち、低光照射側８０１”は鏡面反射層８０６の幅範囲Ｗ外に設置され、すなわち、低光照射側８０１”は鏡面反射層８０６によりカバーされない。
【００２２】
好ましい状況は、第１導電性半導体層（３０４、７０４、及び８０４）がｐ型とされ、第２導電性半導体層（３０２、７０２、及び８０２）がｎ型とされる。ｎ型半導体層は比較的良好な導電率を有し、比較的少ない数の金属電極を使用でき、遮光を減らし輝度を増すことができる。さらに、好ましいドープレベル範囲は、１×１０15ｃｍ-3から１×１０22ｃｍ-3とされ、好ましい半導体層厚さは０．３μｍから１００μｍとされる。ある実施例では、周知の方法、たとえばＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＶＰＥ（ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ）、ＭＢＥ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｂｅａｍ  ｅｐｉｔａｘｙ）等の方法で、第１導電性半導体層、第２導電性半導体層、及び活性層を形成でき、この部分は本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者の熟知するところであるため、これ以上は説明しない。該活性層の材料は、窒化アルミニウムガリウム（（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ；０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）含有材料ダブルヘテロ体と量子井戸構造で組成された群より選択されるか、或いはリン化アルミニウムガリウムインジウム（（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ；０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）含有材料ダブルヘテロ体と量子井戸構造で組成された群より選択されるか、或いは砒素化アルミニウムガリウム（Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ；０≦ｘ≦１）含有材料ダブルヘテロ体と量子井戸構造で組成された群より選択される。第２金属電極（３０１、７０１、及び８０１）と第１電極（３０９、７０９、及び８０９）は周知の方法、たとえばＰＶＤ、ＣＶＤ、蒸着、スパッタ、電気メッキ、無電解メッキ、塗布、印刷或いはそれらの結合等の方法により形成できる。たとえば、第２金属電極は以下のうち一つの単層或いは多層構造を包含し得る。すなわち、
Ｃｒ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｌ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、ＷＴｉ、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のうちのいずれか、またはそのうち二つ以上で組成される合金或いはその他の適当な導電材料を使用できる。
【００２３】
第２金属電極の線幅は、１μｍから５０μｍとされ得て、好ましくは３μｍから３０μｍとされる。好ましい幅の金属電極線はさらに有効な拡散電流を有するとはいえ、さらに多くのｎ型層より発射する光を阻止或いは吸収し、解決方法は電流阻止（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｂｌｏｃｋｉｎｇ）構造を設置し、それは、ｎ型層より発射される光が金属電極線により阻止或いは吸収されるのを防止する。もし、比較的太い金属電極線を使用するならば、それに対応して電流阻止構造のサイズを増加しなければならず、このために活性層の発光面積が減らされ、それにより活性層を透過する光線量が減る。第２金属電極線の間距は５０μｍから６００μｍとされ得て、間距が適当であれば、電流拡散性が良好となるが、比較的疎の金属電極線は接触面積の区域を減らすため、操作電圧に影響を与える。比較的良好な状況は、第２金属電極の金属総面積が第２導電性半導体層面積の百分の２５以下を占めるものとされる。鏡面反射層と第１導電性半導体層の接触する面積は、第１導電性半導体層の面積の百分の７５以上とされる。第２金属電極線の厚さは０．１から５０μｍとされ、好ましい厚さは１μｍから１０μｍである。好ましい厚さのものは、その直列抵抗が比較的低いが、さらに長い製造時間とさらに高い製造コストを消費するのを免除できる。
【００２４】
注意すべきことは、上述の第２金属電極の材料は僅かに例にすぎず、並びに本発明を限定するのに用いられるものではないことである。
【００２５】
図１４Ａ−１４Ｆ、図１５Ａ−１５Ｆ、図１６Ａ−１６Ｆ、図１７Ａ−１７Ｆ、図１８Ａ−１８Ｆ、図１９Ａ−１９Ｆはそれぞれ本発明のその他の実施例の大サイズ垂直型発光ダイオード装置の平面図を示し、そのうち、チップサイズは０．３ｍｍ2 より大きい。図２０Ａ−２０Ｄはそれぞれ本発明のその他の実施例の垂直型発光ダイオード装置の平面図であり、そのうち、チップサイズは０．３ｍｍ2 より小さい。及び図２１Ａ−２１Ｉはそれぞれ本発明のその他の実施例の直方体チップ垂直型発光ダイオード装置の平面図である。図２２Ａ−２２Ｂは本発明の大サイズ垂直型発光ダイオード装置（たとえば図４−１２、図１４Ａ−１４Ｆ、図１５Ａ−１５Ｆ、図１６Ａ−１６Ｆ、図１７Ａ−１７Ｆ、図１８Ａ−１８Ｆ、及び図１９Ａ−１９Ｆに示される発光ダイオード装置）の側面図である。図２３Ａ−２３Ｂは図１３の小サイズ垂直型発光ダイオード装置の側面図である。及び図２４Ａ−２４Ｂは図２１Ａの直方体チップ垂直型発光ダイオード装置の側面図である。
【００２６】
本発明の特徴は以下のとおりである。垂直型発光ダイオード装置の金属電極が外側の金属電極の方式で半導体層上に設置され、外側の金属電極配置により、立方体と直方体の垂直型発光ダイオード装置の電流拡散性能を最適化し金属電極吸光を減らし、これにより輝度を高め、効率を高め、使用寿命を延長し、周知技術に較べてさらに優れた性能を現出する。
【００２７】
この技術に習熟した者が了解するように、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。囲内に属するものとする。
【００２８】
本発明の添付の図面中、同じ部品は同じ部品符号で表示される。
【符号の説明】
【００２９】
１００  発光ダイオード装置
１０１  第２金属電極
１０２  第２導電性半導体層
１０３  活性層
１０４  第１導電性半導体層
１０６  鏡面反射層
１０８  導電基底層
１０９  第１電極
２００  発光ダイオード装置
２００Ａ  発光ダイオード装置
２００Ｂ  発光ダイオード装置
２０１  第２金属電極
２０２  第２導電性半導体層
２０３  活性層
２０４  第１導電性半導体層
２０６  鏡面反射層
２１０  金属ソルダパッド領域
３００  発光ダイオード装置
３０１  第２金属電極
３０１’  高光照射側
３０１”  低光照射側
３０２  第２導電性半導体層
３０３  活性層
３０４  第１導電性半導体層
３０６  鏡面反射層
３０８  導電基底層
３０９  第１電極
３１０  金属ソルダパッド領域
３１１  保護層
３１２  光学透明層
３１４  鏡面反射層
４００  発光ダイオード装置
４００’  発光ダイオード装置
５００  発光ダイオード装置
６００  発光ダイオード装置
７００  発光ダイオード装置
７０１  第２金属電極
７０１’  高光照射側
７０１”  低光照射側
７０２  第２導電性半導体層
７０３  活性層
７０４  第１導電性半導体層
７０６  鏡面反射層
７０８  導電基底層
７０９  第１電極
７１０  金属ソルダパッド領域
８００  発光ダイオード装置
８０１  第２金属電極
８０１’  高光照射側
８０１”  低光照射側
８０２  第２導電性半導体層
８０３  活性層
８０４  第１導電性半導体層
８０６  鏡面反射層
８０８  導電基底層
８０９  第１電極
Ｗ  幅範囲
【図１Ａ】
2013508994.tif 000004
【図１Ｂ】
2013508994.tif 000005
【図２】
2013508994.tif 000006
【図３Ａ】
2013508994.tif 000007
【図３Ｂ】
2013508994.tif 000008
【図４】
2013508994.tif 000009
【図５】
2013508994.tif 000010
【図６】
2013508994.tif 000011
【図７】
2013508994.tif 000012
【図８】
2013508994.tif 000013
【図９】
2013508994.tif 000014
【図１０】
2013508994.tif 000015
【図１１】
2013508994.tif 000016
【図１２】
2013508994.tif 000017
【図１３】
2013508994.tif 000018
【図１４Ａ】
2013508994.tif 000019
【図１４Ｂ】
2013508994.tif 000020
【図１４Ｃ】
2013508994.tif 000021
【図１４Ｄ】
2013508994.tif 000022
【図１４Ｅ】
2013508994.tif 000023
【図１４Ｆ】
2013508994.tif 000024
【図１５Ａ】
2013508994.tif 000025
【図１５Ｂ】
2013508994.tif 000026
【図１５Ｃ】
2013508994.tif 000027
【図１５Ｄ】
2013508994.tif 000028
【図１５Ｅ】
2013508994.tif 000029
【図１５Ｆ】
2013508994.tif 000030
【図１６Ａ】
2013508994.tif 000031
【図１６Ｂ】
2013508994.tif 000032
【図１６Ｃ】
2013508994.tif 000033
【図１６Ｄ】
2013508994.tif 000034
【図１６Ｅ】
2013508994.tif 000035
【図１６Ｆ】
2013508994.tif 000036
【図１７Ａ】
2013508994.tif 000037
【図１７Ｂ】
2013508994.tif 000038
【図１７Ｃ】
2013508994.tif 000039
【図１７Ｄ】
2013508994.tif 000040
【図１７Ｅ】
2013508994.tif 000041
【図１７Ｆ】
2013508994.tif 000042
【図１８Ａ】
2013508994.tif 000043
【図１８Ｂ】
2013508994.tif 000044
【図１８Ｃ】
2013508994.tif 000045
【図１８Ｄ】
2013508994.tif 000046
【図１８Ｅ】
2013508994.tif 000047
【図１８Ｆ】
2013508994.tif 000048
【図１９Ａ】
2013508994.tif 000049
【図１９Ｂ】
2013508994.tif 000050
【図１９Ｃ】
2013508994.tif 000051
【図１９Ｄ】
2013508994.tif 000052
【図１９Ｅ】
2013508994.tif 000053
【図１９Ｆ】
2013508994.tif 000054
【図２０Ａ】
2013508994.tif 000055
【図２０Ｂ】
2013508994.tif 000056
【図２０Ｃ】
2013508994.tif 000057
【図２０Ｄ】
2013508994.tif 000058
【図２１Ａ】
2013508994.tif 000059
【図２１Ｂ】
2013508994.tif 000060
【図２１Ｃ】
2013508994.tif 000061
【図２１Ｄ】
2013508994.tif 000062
【図２１Ｅ】
2013508994.tif 000063
【図２１Ｆ】
2013508994.tif 000064
【図２１Ｇ】
2013508994.tif 000065
【図２１Ｈ】
2013508994.tif 000066
【図２１Ｉ】
2013508994.tif 000067
【図２２Ａ】
2013508994.tif 000068
【図２２Ｂ】
2013508994.tif 000069
【図２３Ａ】
2013508994.tif 000070
【図２３Ｂ】
2013508994.tif 000071
【図２４Ａ】
2013508994.tif 000072
【図２４Ｂ】
2013508994.tif 000073
【国際調査報告】
2013508994.tif 000074
2013508994.tif 000075
2013508994.tif 000076
2013508994.tif 000077
2013508994.tif 000078
2013508994.tif 000079