(57)【要約】【課題】発光効率を向上させ、動作電圧を低減させる発光ダイオード構造を提供する。【解決手段】基板と、Ｎ型半導体層と、発光層と、Ｐ型半導体層と、複合導電層と、第１電極と、第２電極と、を備える発光ダイオード構造である。Ｎ型半導体層は、基板上に位置する。発光層は、Ｎ型半導体層上の一部に位置する。Ｐ型半導体層は、発光層上に位置する。複合導電層は、順次積み重ねた第１導電層、第２導電層及び第３導電層を有し、第１導電層がＰ型半導体層に接合され、且つ第１導電層の抵抗値が第３導電層の抵抗値よりも大きい。第１電極は、第３導電層上に位置する。第２電極は、発光層に覆われていないＮ型半導体層上に位置する。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に位置するＮ型半導体層と、
前記Ｎ型半導体層上の一部に位置する発光層と、
前記発光層上に位置するＰ型半導体層と、
順次積み重ねた第１導電層、第２導電層及び第３導電層を有し、前記第１導電層が前記Ｐ型半導体層に接合され、且つ前記第１導電層の抵抗値が前記第３導電層の抵抗値よりも大きい複合導電層と、
前記第３導電層上に位置する第１電極と、
前記発光層に覆われていない前記Ｎ型半導体層上に位置する第２電極と、
を備える発光ダイオード構造。
【請求項２】
前記第２導電層は、凹凸面又は不連続面を有する請求項１に記載の発光ダイオード構造。
【請求項３】
前記第１導電層、前記第２導電層及び前記第３導電層の材質としては、透明導電性酸化物を含む請求項１又は請求項２に記載の発光ダイオード構造。
【請求項４】
前記透明導電性酸化物は、インジウムスズ酸化物、アルミニウム亜鉛酸化物又は亜鉛酸化物から選ばれる請求項３に記載の発光ダイオード構造。
【請求項５】
前記第２導電層の表面粗さは、前記第１導電層と前記第３導電層のそれぞれの表面粗さよりも大きい請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発光ダイオード構造。
【請求項６】
前記第１導電層は、ニッケル、金又はニッケル金合金を含む材質からなり、且つ前記第１導電層の厚さが３０Å未満である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発光ダイオード構造。
【請求項７】
前記第２導電層は、グラフェン、複数のシリコンスペーサボール、複数のニッケルスペーサボール又は複数の銀粒子を含む材質からなる請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の発光ダイオード構造。
【請求項８】
前記第３導電層の材質としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル又はその合金を含む材質からなり、且つ前記第３導電層の厚さが３０Å未満である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の発光ダイオード構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光ダイオード素子は、サファイア基板にエピタキシャル層（例えば、Ｎ‐ＧａＮ層、発光層とＰ‐ＧａＮ層）、透明導電層とパッド（ｐａｄ）が形成される。
【０００３】
Ｐ‐ＧａＮ層の抵抗値が非常に大きいため、電流は、透明導電層によって水平に伝導される必要がある。透明導電層の透過率が不良で抵抗値が高くなりすぎる場合、電流の大部分が直接に透明導電層上の正電極から、透明導電層、Ｐ‐ＧａＮ層を介して、縦方向にＮ‐ＧａＮ層に伝導された後、やっとＮ‐ＧａＮ層によって水平に伝導される。これにより、発光ダイオード素子は、正電極側に電流クラウディング（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｒｏｗｄｉｎｇ）問題が発生し、発光効率が向上され難く、動作電圧が低減されにくくなる。
【０００４】
また、電流の大部分が透明導電層から水平に伝導されにくい場合、発光ダイオード素子からの熱は、透明導電層上の正電極に集中する。発光ダイオード素子の放熱効率を向上させるために、設計者は、正電極に電気的に接続された指状パッド（ｐａｄ  ｆｉｎｇｅｒ）を設けて、電流を指状パッドから水平に伝導させてよい。しかしながら、光非透過性指状パッドにより、発光ダイオード素子の出光面積が減少し、輝度を向上させにくい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の問題を解決し、発光効率を向上させ、動作電圧を低減させる発光ダイオード構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によると、基板と、Ｎ型半導体層と、発光層と、Ｐ型半導体層と、複合導電層と、第１電極と、第２電極と、を備える発光ダイオード構造を提供する。Ｎ型半導体層は、基板上に位置する。発光層は、Ｎ型半導体層上の一部に位置する。Ｐ型半導体層は、発光層上に位置する。複合導電層は、順次積み重ねた第１導電層、第２導電層及び第３導電層を有し、第１導電層がＰ型半導体層に接合され、且つ第１導電層の抵抗値が第３導電層の抵抗値よりも大きい。第１電極は、第３導電層上に位置する。第２電極は、発光層に覆われていないＮ型半導体層上に位置する。
【０００７】
本発明の一実施形態において、上記第２導電層は、凹凸面又は不連続面を有する。
【０００８】
本発明の一実施形態において、上記第１導電層、第２導電層及び第３導電層の材質としては、透明導電性酸化物を含む。
【０００９】
本発明の一実施形態において、上記透明導電性酸化物は、インジウムスズ酸化物、アルミニウム亜鉛酸化物又は亜鉛酸化物から選ばれる。
【００１０】
本発明の一実施形態において、上記第２導電層の表面粗さは、第１導電層と第３導電層のそれぞれの表面粗さよりも大きい。
【００１１】
本発明の一実施形態において、上記第１導電層は、ニッケル、金又はニッケル金合金を含む材質からなり、且つ第１導電層の厚さが３０Å未満である。
【００１２】
本発明の一実施形態において、上記第２導電層は、グラフェン、複数のシリコンスペーサボール、複数のニッケルスペーサボール又は複数の銀粒子を含む材質からなる。
【００１３】
本発明の一実施形態において、上記第３導電層の材質としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル又はその合金を含む材質からなり、且つ第３導電層の厚さが３０Å未満である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の上記実施形態において、発光ダイオード構造の複合導電層が順次積み重ねた第１導電層、第２導電層及び第３導電層を有し、且つ第１導電層の抵抗値が第３導電層の抵抗値よりも大きいため、発光ダイオード構造の第１電極と第２電極に通電する場合、電流は、第３導電層を介して効果的に水平に伝導されることができる。これにより、発光ダイオード構造の第１電極に接近する側の電流クラウディング（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｒｏｗｄｉｎｇ）問題の発生を避け、発光ダイオード構造の発光効率を向上させることができ、更に、発光ダイオード構造の動作電圧を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態による発光ダイオード構造の平面図を示す。
【図２Ａ】図１の発光ダイオード構造の２‐２線に沿う断面図を示す。
【図２Ｂ】図２Ａの複合導電層の部分拡大図を示す。
【図３】図２Ａの第１電極と第２電極との間に通電する場合の電流経路の概略図を示す。
【図４】本発明の他の実施形態による発光ダイオード構造の断面図を示し、その断面位置が図２Ａと同じである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面で本発明の複数の実施形態を開示し、明確に説明するために、数多くの実務上の細部を下記叙述で合わせて説明する。しかしながら、理解すべきなのは、これらの実務上の細部が、本発明を制限するためのものではないことである。つまり、本発明の実施形態の一部において、これらの実行上の細部は、必要としない。また、図面を簡略化するために、ある従来慣用の構造及び素子は、図面において簡単で模式的に示される。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態による発光ダイオード構造１００の平面図を示す。図２Ａは、図１の発光ダイオード構造１００の２‐２線に沿う断面図を示す。図１と図２Ａを同時に参照されたい。発光ダイオード構造１００は、基板１１０と、Ｎ型半導体層１２０と、発光層１３０と、Ｐ型半導体層１４０と、複合導電層１５０と、第１電極１６０と、第２電極１７０と、を備える。Ｎ型半導体層１２０は、基板１１０上に位置する。発光層１３０は、Ｎ型半導体層１２０上の一部に位置する。Ｐ型半導体層１４０は、発光層１３０上に位置する。複合導電層１５０は、順次積み重ねた第１導電層１５２、第２導電層１５４及び第３導電層１５６を有する。第１導電層１５２は、Ｐ型半導体層１４０に接合され、且つ第１導電層１５２の抵抗値が第３導電層１５６の抵抗値よりも大きい。第１電極１６０は、第３導電層１５６上に位置する。第２電極１７０は、発光層１３０に覆われていないＮ型半導体層１２０上に位置する。
【００１８】
基板１１０は、凹凸構造１１２を有するサファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板であってよいが、サファイア基板に限定されない。発光層１３０が発光する場合、光線が凹凸構造１１２で屈折し又は反射することができるため、発光ダイオード構造１００全体の光取り出し効率を向上させることができる。また、Ｎ型半導体層１２０とＰ型半導体層１４０の材質としては、窒化物を含んでよい。例としては、Ｎ型半導体層１２０は、Ｎ型窒化ガリウム（Ｎ‐ＧａＮ）であってよく、Ｐ型半導体層１４０は、Ｐ型窒化ガリウム（Ｐ‐ＧａＮ）であってよいが、上記の材料に限定されない。
【００１９】
図２Ｂは、図２Ａの複合導電層１５０の部分拡大図を示す。図２Ａと図２Ｂを同時に参照されたい。本実施形態において、第２導電層１５４の表面粗さは、第１導電層１５２と第３導電層１５６の何れの表面粗さよりも大きい。第１導電層１５２は、ニッケル、金又はニッケル金合金を含む材質からなってよく、且つ第１導電層１５２の厚さＴ１が３０Å未満である。第２導電層１５４は、グラフェン、複数のシリコンスペーサボール、複数のニッケルスペーサボール又は複数の銀粒子を含む材質からなってよく、また、不連続面１５５ａを有するようになる。第３導電層１５６の材質としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル又はその合金を含む材質からなってよく、且つ第３導電層１５６の厚さＴ２が３０Å未満である。
【００２０】
以下の叙述において、発光ダイオード構造１００における電流の流れ方を説明する。
【００２１】
図３は、図２Ａの第１電極１６０と第２電極１７０との間に通電する場合の電流経路Ｉの概略図を示す。図に示すように、発光ダイオード構造１００の複合導電層１５０が順次積み重ねた第１導電層１５２、第２導電層１５４及び第３導電層１５６を有し、且つ第１導電層１５２の抵抗値が第３導電層１５６の抵抗値よりも大きいため、電流が直接に第１電極１６０から、Ｐ型半導体層１４０に接合された第１導電層１５２を介して縦方向に伝導されることは避けられ、第３導電層１５６によって電流を効果的に水平に伝導することができる。これにより、発光ダイオード構造１００の第１電極１６０に接近する側の電流クラウディング（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｒｏｗｄｉｎｇ）問題の発生を避け、発光ダイオード構造１００の発光効率を向上させることができ、更に、発光ダイオード構造１００の動作電圧を低減させることができる。
【００２２】
また、電流の大部分が複合導電層１５０を介して水平に伝導されることができる場合、発光ダイオード構造１００で生じる熱が均一に発散されるため、放熱効率を向上させることができる。つまり、発光ダイオード構造１００に対しては、放熱のために、第１電極１６０に電気的に接続された指状パッド１８０（図１参照）を大面積で又は大量に設けて、電流を水平に伝導させる必要はない。これにより、発光ダイオード構造１００の指状パッド１８０の面積が減少でき、発光ダイオード構造１００の出光面積を増加して、発光ダイオード構造１００の輝度を向上させることができる上に、指状パッド１８０のレイアウト（ｌａｙｏｕｔ）に関しても、柔軟性がある。
【００２３】
図２Ｂと図３を同時に参照されたい。不連続面１５５ａを有する第２導電層１５４の表面粗さが、第１導電層１５２と第３導電層１５６の何れの表面粗さよりも大きいため、発光層１３０が発光する場合、第２導電層１５４は、光線を屈折し又は反射し、光吸収を減少して、発光ダイオード構造１００の光取り出し効率を増加させて、輝度を向上させることができる。
【００２４】
理解すべきなのは、前に叙述された素子の接続関係及び材料については、繰り返して説明しないことを、前もって説明しておく。以下の叙述において、他の型式の複合導電層１５０を説明する。
【００２５】
図４は、本発明の他の実施形態による発光ダイオード構造１００ａの断面図を示し、その断面位置が図２Ａと同じである。図に示すように、発光ダイオード構造１００ａは、基板１１０と、Ｎ型半導体層１２０と、発光層１３０と、Ｐ型半導体層１４０と、複合導電層１５０と、第１電極１６０と、第２電極１７０と、を備える。複合導電層１５０の第１導電層１５２、第２導電層１５４及び第３導電層１５６の材質が透明導電性酸化物を含み、且つ第２導電層１５４が連続の凹凸面１５５ｂを有することで、図２Ａの実施形態と異なっている。複合導電層１５０が同じ材料で作られることができるため、製造プロセスには便利であり、且つ設備のコストを節約することができる。透明導電性酸化物は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）又は亜鉛酸化物（ＺｎＯ）から選ばれてよいが、本発明を制限するためのものではない。
【００２６】
複合導電層１５０を製作する場合、Ｐ型半導体層１４０に接合された第１導電層１５２は、パラメータの調整によって、高抵抗値の導電層を形成することができる。コーティング機の高周波（ＲＦ）は、Ｐ型半導体層１４０を損傷させやすいため、パラメータの調整において、酸素流量の調整以外に、キャリアのＰ型半導体層１４０表面に対する衝突率が低減するよう、コーティング機のチャンバー内の気流場の調整も必要である。
【００２７】
第２導電層１５４は、パラメータの調整によって、粗い表面を形成してもよい。連続の凹凸面１５５ｂにより、全反射が破壊されて、発光ダイオード構造１００ａの光取り出し効率を向上させて、輝度を向上させることができる。粗い第２導電層１５４を形成する場合、酸素流量の調整をする以外に、第２導電層１５４の粗い面（即ち、凹凸面１５５ｂ）での表面の非連続性を避けるようにより多くの被覆面を形成するため、高周波電力の調整も必要である。
【００２８】
第１電極１６０に接触する第３導電層１５６については、低抵抗値の要求を達成するために、製作の時、高周波電力を増加して、第３導電層１５６の緊密性を向上させて、その抵抗値を低減させてよい。
【００２９】
これにより、発光ダイオード構造１００ａの第１電極１６０に接近する側の電流クラウディング問題の発生を避け、発光ダイオード構造１００ａの発光効率を向上させることができ、更に、発光ダイオード構造１００ａの動作電圧を低減させることができる。また、大部分の電流が複合導電層１５０から水平に伝導される時に、発光ダイオード構造１００ａからの熱が均一に発散することができるため、放熱効率を向上させることができる。
【００３０】
本実施形態において、凹凸面１５５ｂを有する第２導電層１５４の表面粗さが第１導電層１５２と第３導電層１５６の何れの表面粗さよりも大きいため、発光層１３０が発光する場合、第２導電層１５４は、光線を屈折し又は反射し、発光ダイオード構造１００ａの光取り出し効率を増加させて、輝度を向上させることができる。
【００３１】
本発明では、好適な実施形態を前述の通り開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と領域から逸脱しない限り、多様の変動や修正を加えることができ、従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【符号の説明】
【００３２】
１００  発光ダイオード構造
１００ａ  発光ダイオード構造
１１０  基板
１１２  凹凸構造
１２０  Ｎ型半導体層
１３０  発光層
１４０  Ｐ型半導体層
１５０  複合導電層
１５２  第１導電層
１５４  第２導電層
１５５ａ  不連続面
１５５ｂ  凹凸面
１５６  第３導電層
１６０  第１電極
１７０  第２電極
１８０  指状パッド
２‐２  線
Ｉ  電流経路
Ｔ１  厚さ
Ｔ２  厚さ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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