(57)【要約】【課題】発光ダイオード構造の信頼性、安定性を向上させ、パッド、Ｎ型半導体層、発光層及びＰ型半導体層の電流密度の最大許容値を向上させることができる電極構造を提供する。【解決手段】電極構造は、少なくとも１つの反射層と、障壁層と、パッドと、を備える。障壁層は、反射層上に順次積み重ねられた、異なる材料からなる第１障壁層及び第２障壁層を含む。パッドは、障壁層上に位置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの反射層と、
前記反射層上に順次積み重ねられた、異なる材料からなる第１障壁層及び第２障壁層を含む障壁層と、
前記障壁層上に位置するパッドと、
を備える電極構造。
【請求項２】
前記第１、第２障壁層は、クロム、プラチナ、モリブデン、ニオブ、パラジウム、チタン、タングステン又はその合金を含む材質からなる請求項１に記載の電極構造。
【請求項３】
前記障壁層は、複数の前記第１障壁層と複数の前記第２障壁層が互いに交錯して積み重ねられてなる請求項１又は請求項２に記載の電極構造。
【請求項４】
前記反射層は、第１反射層及び第２反射層を含み、又は複数の前記第１、第２反射層が交錯して積み重ねられてなり、前記第１、第２反射層は、材質が互いに異なっている金属又は合金の材料からなる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電極構造。
【請求項５】
前記第１反射層の材料としては、ニッケル、クロム又はその合金を含み、前記第２反射層の材料としては、ロジウム、銀、アルミニウム又はその合金を含む請求項４に記載の電極構造。
【請求項６】
前記反射層の材質としては、金属又は合金を含む請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電極構造。
【請求項７】
前記反射層の材質としては、ロジウム、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム又はその合金を含む請求項６に記載の電極構造。
【請求項８】
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、
前記Ｐ型半導体層上に設けられる請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電極構造と、
を具備する発光ダイオード構造。
【請求項９】
前記Ｐ型半導体層と前記反射層との間に位置する電流ブロック層を更に具備する請求項８に記載の発光ダイオード構造。
【請求項１０】
前記電流ブロック層と前記反射層との間に位置する透明導電層を更に具備する請求項９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、電極構造及びそれを有する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構造は、サファイア基板にエピタキシャル層（例えば、Ｎ‐ＧａＮ、発光層とＰ‐ＧａＮ）、反射層、障壁層（ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）、パッド（ｐａｄ）が形成される。反射層は、材料としてアルミニウムを用いることが多く、パッドの下方の光線を反射して、発光ダイオード構造の発光効率を向上させることに用いられることができる。しかしながら、反射層の材料とするアルミニウムを一定期間使用した後、アルミニウム腐食（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）がパッドから溶出しやすいので、発光ダイオード構造の使用寿命を向上させにくくなる。
【０００３】
また、従来の発光ダイオード構造の発光効率を向上させるように、パッドとエピタキシャル層の電流密度を向上させることができるとはいえ、従来の障壁層によりパッドと反射層との化合を防止する効果が好ましくないため、発光ダイオード構造は、一定の期間使用された後、パッドの抵抗が高くなりやすい。このように、高い動作電圧で発光ダイオード構造を駆動する場合、発光ダイオード構造の信頼性（Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ）が不十分になるので、パッド及びエピタキシャル層の電流密度の最大許容値に制限があり、例えば、最大許容電流密度は、通常な電流密度の２倍を超えてはならず、超えた場合には、発光ダイオード構造が破損することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来の問題を解決し、発光ダイオード構造の信頼性、安定性を向上させ、パッド、Ｎ型半導体層、発光層及びＰ型半導体層の電流密度の最大許容値を向上させることができる電極構造を提供することを目的とする。また、本発明は、上記のような電極構造を有す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】
【０００５】
本発明の一技術態様は、電極構造である。
【０００６】
本発明の一実施形態によると、電極構造は、少なくとも１つの反射層と、障壁層と、パッドと、を備える。障壁層は、反射層上に順次積み重ねられた、異なる材料からなる第１障壁層及び第２障壁層を含む。パッドは、障壁層上に位置する。
【０００７】
本発明の一実施形態において、上記反射層の材質としては、金属又は合金を含む。
【０００８】
本発明の一実施形態において、上記反射層の材質としては、ロジウム、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム又はその合金を含む。
【０００９】
本発明の一実施形態において、上記反射層は、第１反射層及び第２反射層を含み、又は複数の第１、第２反射層が交錯して積み重ねられてなる。第１、第２反射層は、材質が互いに異なっている金属又は合金の材料からなる。
【００１０】
本発明の一実施形態において、上記第１反射層の材料としては、ニッケル、クロム又はその合金を含み、第２反射層の材料としては、ロジウム、銀、アルミニウム又はその合金を含む。
【００１１】
本発明の一実施形態において、上記第１、第２障壁層は、クロム、プラチナ、モリブデン、ニオブ、パラジウム、チタン、タングステン又はその合金を含む材質からなる。
【００１２】
本発明の一実施形態において、上記障壁層は、複数の第１障壁層と複数の第２障壁層が互いに交錯して積み重ねられてなる。
【００１３】
本発明の別の技術態様は、発光ダイオード構造である。
【００１４】
本発明の一実施形態によると、発光ダイオード構造は、基板と、Ｎ型半導体層と、発光層と、Ｐ型半導体層と、上記の電極構造と、を具備する。Ｎ型半導体層は、基板上に位置する。発光層は、Ｎ型半導体層上に位置する。Ｐ型半導体層は、発光層上に位置する。電極構造は、Ｐ型半導体層上に設けられる。
【００１５】
本発明の一実施形態において、上記発光ダイオード構造は、Ｐ型半導体層と反射層との間に位置する電流ブロック層を更に具備する。
【００１６】
本発明の一実施形態において、上記発光ダイオード構造は、電流ブロック層と反射層との間に位置する透明導電層を更に具備する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の上記実施形態において、第１障壁層及び第２障壁層を有する障壁層により、パッドと反射層との化合を効果的に避けることができるため、パッドの抵抗が使用時間につれて増大しにくくなる。このように、発光ダイオード構造の信頼性、安定性を向上させ、パッド、Ｎ型半導体層、発光層及びＰ型半導体層の電流密度の最大許容値を向上させることができる。即ち、発光ダイオード構造は、パッド及びエピタキシャル層の電流密度を向上させることで、発光効率が向上することができ、且つ容易に破損されない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態による発光ダイオード構造を示す平面図である。
【図２】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３】本発明の別の実施形態による電極構造を示す断面図であり、その断面位置が図２と同じである。
【図４】本発明のさらに他の実施形態による電極構造を示す断面図であり、その断面位置が図２と同じである。
【図５】本発明のさらに１つの実施形態による電極構造を示す断面図であり、その断面位置が図２と同じである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。つまり、本発明の実施形態の一部において、これらの実務上の細部は、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。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態による発光ダイオード構造２００を示す平面図である。図２は、図１の発光ダイオード構造２００の２‐２線に沿う断面図を示す。図１と図２を同時に参照する。発光ダイオード構造２００は、基板２１０と、Ｎ型半導体層２２０と、発光層２３０と、Ｐ型半導体層２４０と、電極構造１００と、を具備する。Ｎ型半導体層２２０は、基板２１０上に位置する。発光層２３０は、Ｎ型半導体層２２０上に位置する。Ｐ型半導体層２４０は、発光層２３０上に位置する。Ｎ型半導体層２２０、発光層２３０及びＰ型半導体層２４０は、エピタキシャル層と呼ばれてよい。電極構造１００は、Ｐ型半導体層２４０上に設けられる。
【００２１】
本実施形態において、基板２１０は、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板であってよいが、それに制限されない。Ｎ型半導体層２２０及びＰ型半導体層２４０の材質としては、窒化物を含んでよい。例えば、Ｎ型半導体層２２０は、Ｎ型窒化ガリウム（Ｎ‐ＧａＮ）であり、Ｐ型半導体層２４０は、Ｐ型窒化ガリウム（Ｐ‐ＧａＮ）である。
【００２２】
電極構造１００は、反射層１１０と、障壁層１２０と、パッド１３０と、を備える。障壁層１２０は、第１障壁層１２２及び第２障壁層１２４を含む。第１障壁層１２２及び第２障壁層１２４は、反射層１１０上に順次積み重ねられ、異なる材料からなる。パッド１３０は、障壁層１２０上に位置する。本実施形態において、パッド１３０の材質としては、金又は銀を含んでよい。第１障壁層１２２及び第２障壁層１２４は、クロム、プラチナ、モリブデン、ニオブ、パラジウム、チタン、タングステン又はその合金を含む材質からなってよい。例としては、第１障壁層１２２の材質としては、クロムを含んでよく、第２障壁層１２４の材質としては、プラチナを含んでよい。
【００２３】
発光ダイオード構造２００に通電する場合、第１障壁層１２２及び第２障壁層１２４を有する障壁層１２０により、パッド１３０と反射層１１０との化合を効果的に避けることができ、パッド１３０の抵抗が使用時間につれて増大しにくくなる。このように、発光ダイオード構造２００の信頼性（Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ）、安定性を向上させ、パッド１３０、Ｎ型半導体層２２０、発光層２３０及びＰ型半導体層２４０の電流密度の最大許容値を向上させることができる。即ち、発光ダイオード構造２００は、パッド１３０及びエピタキシャル層の電流密度を向上させることで、発光効率が向上することができ、且つ容易に破損しない。本実施形態において、発光ダイオード構造２００の最大許容電流密度は、通常の電流密度の５倍以上になることができる。
【００２４】
反射層１１０の材質としては、金属又は合金を含んでよく、例えば、ロジウム、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム又はその合金を含んでよい。本実施形態において、反射層１１０は、材質が互いに異なっている金属又は合金の材料からなる第１反射層１１２及び第２反射層１１４を含む。第１反射層１１２の材料としては、ニッケル、クロム又はその合金を含み、第２反射層１１４の材料としては、ロジウム、銀、アルミニウム又はその合金を含む。例としては、第１反射層１１２の材質としては、ニッケルを含んでよく、第２反射層１１４の材質としては、ロジウムを含んでよい。
【００２５】
発光ダイオード構造２００に通電する場合、反射層１１０は、パッド１３０の下方の発光層２３０の光線を反射でき、光取り出し（ｌｉｇｈｔ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）の経路を増やすことができるため、発光ダイオード構造２００の発光効率を向上させ、その輝度を向上させることができる。また、障壁層１２０は、反射層１１０によってその付着力を向上させることができる。
【００２６】
反射層１１０の材質がロジウムである場合、アルミニウム腐食（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）がパッド１３０から溶出しないので、発光ダイオード構造２００の使用寿命を向上させる。第１反射層１１２及び第２反射層１１４の数は、本発明を制限するためのものではなく、例えば、反射層１１０は、複数の第１反射層１１２と複数の第２反射層１１４が交錯して積み重ねられてもよい。
【００２７】
本実施形態において、発光ダイオード構造２００は、電流ブロック（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｂｌｏｃｋ；ＣＢ）層２５０及び透明導電層２６０を更に具備してよい。電流ブロック層２５０は、Ｐ型半導体層２４０と反射層１１０との間に位置する。透明導電層２６０は、電流ブロック層２５０と反射層１１０との間に位置する。電流ブロック層２５０の材質としては、シリコンの酸化物、窒素の酸化物、チタンの酸化物又はアルミニウムの酸化物を含んでよい。透明導電層２６０の材質としては、インジウムスズ酸化物、亜鉛アルミニウム酸化物、亜鉛アルミニウムガリウム酸化物又はインジウムガリウム亜鉛酸化物を含んでよい。
【００２８】
発光ダイオード構造２００に通電する場合、電流ブロック層２５０は、電流を遮断でき、電流が電流ブロック層２５０を通ると、横向きに伝導され、発光層２３０の光線が電極構造１００に遮光される確率を低下させ、光出力を向上させることができる。
【００２９】
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、他の型式の障壁層１２０を説明する。
【００３０】
図３は、本発明の別の実施形態による電極構造１００ａを示す断面図であり、その断面位置が図２と同じである。電極構造１００ａは、反射層１１０と、障壁層１２０と、パッド１３０と、を備える。障壁層１２０は２つの第１障壁層１２２ａ、１２２ｂと２つの第２障壁層１２４ａ、１２４ｂが互いに交錯して積み重ねられてなることで、図２の実施形態と異なっている。即ち、第１障壁層１２２ａ、第２障壁層１２４ａ、第１障壁層１２２ｂ及び第２障壁層１２４ｂは、反射層１１０上に順次積み重ねられる。
【００３１】
本実施形態において、第１障壁層１２２ａ、１２２ｂの材質は、同じであり、第２障壁層１２４ａ、１２４ｂの材質は、同じである。例としては、第１障壁層１２２ａ、１２２ｂの材質としては、クロムを含んでよく、第２障壁層１２４ａ、１２４ｂの材質としては、プラチナを含んでよい。図２に示した電極構造１００と比較すると、電極構造１００ａに通電する場合、第１障壁層１２２ａ、１２２ｂ及び第２障壁層１２４ａ、１２４ｂを有する障壁層１２０は、パッド１３０と反射層１１０との化合をより効果的に避けることができ、この電極構造１００ａを有する発光ダイオード構造の信頼性、安定性を向上させることができる。
【００３２】
図４は、本発明のさらに他の実施形態による電極構造１００ｂを示す断面図であり、その断面位置が図２と同じである。電極構造１００ｂは、反射層１１０と、障壁層１２０と、パッド１３０と、を備える。障壁層１２０は３つの第１障壁層１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃと３つの第２障壁層１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃが互いに交錯して積み重ねられてなることで、図２の実施形態と異なっている。即ち、第１障壁層１２２ａ、第２障壁層１２４ａ、第１障壁層１２２ｂ、第２障壁層１２４ｂ、第１障壁層１２２ｃ及び第２障壁層１２４ｃは、反射層１１０上に順次積み重ねられる。
【００３３】
本実施形態において、第１障壁層１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃの材質は、同じであり、第２障壁層１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃの材質は、同じである。例としては、第１障壁層１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃの材質としては、クロムを含んでよく、第２障壁層１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃの材質としては、プラチナを含んでよい。図３に示した電極構造１００ａと比較すると、電極構造１００ｂに通電する場合、第１障壁層１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ及び第２障壁層１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃを有する障壁層１２０は、パッド１３０と反射層１１０との化合をより効果的に避けることができ、この電極構造１００ｂを有する発光ダイオード構造の信頼性、安定性を向上させることができる。
【００３４】
図５は、本発明のさらに１つの実施形態による電極構造１００ｃを示す断面図であり、その断面位置が図２と同じである。電極構造１００ｃは、反射層１１０と、障壁層１２０と、パッド１３０と、を備える。障壁層１２０が第３障壁層１２６ａ、１２６ｂを更に含むことで、図２の実施形態と異なっている。第１障壁層１２２ａ、第２障壁層１２４ａ、第３障壁層１２６ａ、第１障壁層１２２ｂ、第２障壁層１２４ｂ及び第３障壁層１２６ｂは、反射層１１０上に順次積み重ねられる。
【００３５】
本実施形態において、第１障壁層１２２ａ、１２２ｂの材質は、同じであり、第２障壁層１２４ａ、１２４ｂの材質は、同じであり、第３障壁層１２６ａ、１２６ｂの材質は、同じである。例としては、第１障壁層１２２ａ、１２２ｂの材質としては、クロムを含んでよく、第２障壁層１２４ａ、１２４ｂの材質としては、プラチナを含んでよく、第３障壁層１２６ａ、１２６ｂの材質としては、パラジウムを含んでよい。図２に示した電極構造１００と比較すると、電極構造１００ｃに通電する場合、第１障壁層１２２ａ、１２２ｂ、第２障壁層１２４ａ、１２４ｂ及び第３障壁層１２６ａ、１２６ｂを有する障壁層１２０は、パッド１３０と反射層１１０との化合をより効果的に避けることができ、この電極構造１００ｃを有する発光ダイオード構造の信頼性、安定性を向上させることができる。
【００３６】
本発明では、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、多様の変更や修正を加えることができる。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】
【００３７】
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ  電極構造
１１０  反射層
１１２  第１反射層
１１４  第２反射層
１２０  障壁層
１２２、１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ  第１障壁層
１２４、１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ  第２障壁層
１２６ａ、１２６ｂ  第３障壁層
１３０  パッド
２００  発光ダイオード構造
２１０  基板
２２０  Ｎ型半導体層
２３０  発光層
２４０  Ｐ型半導体層
２５０  電流ブロック層
２６０  透明導電層
２‐２  線
【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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