(57)【要約】ＬＥＤが、基板（８）と、基板（８）の表面に形成されたｎ型半導体材料層（７）と、ｎ型半導体材料層（７）上に形成された発光層（６）と、発光層（６）上に形成されたｐ型半導体材料層（５）と、ｐ型半導体材料層（５）を覆う保護層（２）と、保護層（２）を貫通し、ｐ型半導体材料層（５）上に形成されるアノード（１）と、ｎ型半導体材料層（７）を囲み、ｎ型半導体材料層（７）に電気接触するカソード（４）とを含む。本発明は、ＬＥＤを有するパッケージ構造体、およびＬＥＤを製造する方法をさらに提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上面に形成されたｎ型半導体材料層と、
前記ｎ型半導体材料層上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成されるｐ型半導体材料層と、
前記ｐ型半導体材料層上に形成されたアノードと、
前記ｎ型半導体材料層の縁部に沿って形成され、前記ｎ型半導体材料層に電気的に接触するカソードと、
を含むことを特徴とするＬＥＤ。
【請求項２】
前記ｐ型半導体材料層上に形成された保護層をさらに含み、前記アノードが前記保護層を貫通し、前記ｐ型半導体材料層に接触することを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項３】
前記ｐ型半導体材料層と前記アノードとの間に形成され、前記ｐ型半導体材料層を覆う透明電極層をさらに含み、前記保護層が前記透明電極層を覆うことを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項４】
前記透明電極層が前記ＬＥＤから放出された光の波長の４分の１の高さを有することを特徴とする、請求項３に記載のＬＥＤ。
【請求項５】
前記透明電極層が、ＩＴＯ、ＲｕＯ2、ＮｉＯ2、ＺｎＯ、およびそれらの組合せからなる群から選択された金属酸化物で製作されることを特徴とする、請求項３または４に記載のＬＥＤ。
【請求項６】
前記カソードが、円形、長方形、または直線と曲線とからなる多角形もしくはループ形状であることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項７】
前記カソードが非吸光性の反射性金属または金属酸化物で製作されることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項８】
前記カソードが、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＲｕＯ2、およびそれらの組合せからなる群から選択された材料で製作されることを特徴とする、請求項１、２、３、４、６、または７に記載のＬＥＤ。
【請求項９】
前記カソードが前記ｎ型半導体材料層の縁部上に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１０】
前記カソードが形成される前記ｎ型半導体材料層の前記縁部が前記ｎ型半導体材料層の中央区域よりも薄いことを特徴とする、請求項９に記載のＬＥＤ。
【請求項１１】
前記カソードが前記ｎ型半導体材料層の側面に接触して前記基板上に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１２】
前記アノードまたはカソードの高さが２μｍよりも大きいことを特徴とする、請求項１、２、３、９、１０、または１１に記載のＬＥＤ。
【請求項１３】
前記カソードと前記ｎ型半導体材料層との間、および前記アノードと前記ｐ型半導体材料層との間に形成されたオーミックコンタクト層をさらに有することを特徴とする、請求項１、２、３、９、１０、または１１に記載のＬＥＤ。
【請求項１４】
前記基板が、Ｓｉ、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＧａＮからなる群から選択された材料で製作されることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１５】
前記ＬＥＤが高輝度ＬＥＤであることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１６】
基板と、
前記基板の上面に形成されたｎ型半導体材料層と、
前記ｎ型半導体材料層上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成されるｐ型半導体材料層と、
前記ｐ型半導体材料層上に形成されたアノードと、
前記ｎ型半導体材料層の縁部に沿って形成され、前記ｎ型半導体材料層に電気的に接触するカソードと
を含むＬＥＤと、
前記アノード上に形成されるリード線と、
前記基板の下面に形成され、前記ｎ型半導体材料層および前記カソードに接触する導電性材料と
を含むＬＥＤのパッケージ構造体であって、
前記リード線および前記導電性材料が、それぞれ外部回路に接続するのに使用されるリードフレームに電気的に接続されることを特徴とする、ＬＥＤのパッケージ構造体。
【請求項１７】
前記ｐ型半導体材料層上に形成された保護層をさらに含み、前記アノードが前記保護層を貫通し、前記ｐ型半導体材料層に接触することを特徴とする、請求項１６に記載のＬＥＤのパッケージ構造体。
【請求項１８】
前記ｐ型半導体材料層と前記アノードとの間に形成され、前記ｐ型半導体材料層を覆う透明電極層をさらに含み、前記保護層が前記透明電極層を覆うことを特徴とする、請求項１６に記載のＬＥＤのパッケージ構造体。
【請求項１９】
前記透明電極層が前記ＬＥＤから放出された光の波長の４分の１の高さを有することを特徴とする、請求項１６に記載のＬＥＤのパッケージ構造体。
【請求項２０】
前記透明電極層が、ＩＴＯ、ＲｕＯ2、ＮｉＯ2、ＺｎＯ、およびそれらの組合せからなる群から選択された金属酸化物で製作されることを特徴とする、請求項１８または１９に記載のＬＥＤのパッケージ構造体。
【請求項２１】
前記カソードが、円形、長方形、または直線と曲線とからなる多角形もしくはループ形状であることを特徴とする、請求項１６に記載のＬＥＤのパッケージ構造体。
【請求項２２】
前記カソードが非吸光性の反射性金属または金属酸化物で製作されることを特徴とする、請求項１６に記載のＬＥＤのパッケージ構造体。
【請求項２３】
前記カソードが、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＲｕＯ2、およびそれらの組合せからなる群から選択された材料で製作されることを特徴とする、請求項１６、１７、１８、２１、または２２に記載のＬＥＤのパッケージ構造体。
【請求項２４】
前記カソードが前記ｎ型半導体材料層の縁部上に形成されることを特徴とする、請求項１６に記載のＬＥＤのパッケージ構造体。
【請求項２５】
前記カソードが形成される前記ｎ型半導体材料層の前記縁部が、前記ｎ型半導体材料層の中央区域よりも薄いことを特徴とする、請求項２４に記載のＬＥＤのパッケージ構造体。
【請求項２６】
前記カソードが前記ｎ型半導体材料層の側面に接触して前記基板上に形成されることを特徴とする、
請求項１６に記載のＬＥＤのパッケージ構造体。
【請求項２７】
前記導電性材料および前記カソードが単一部分として形成されることを特徴とする、請求項２６に記載のＬＥＤのパッケージ構造体。
【請求項２８】
前記アノードまたはカソードの高さが２μｍよりも大きいことを特徴とする、請求項１６、１７、１８、２４、２５、または２６に記載のＬＥＤのパッケージ構造体。
【請求項２９】
前記カソードと前記ｎ型半導体材料層との間、および前記アノードと前記ｐ型半導体材料層との間に形成されたオーミックコンタクト層をさらに有することを特徴とする、請求項１６、１７、１８、２４、２５、または２６に記載のＬＥＤのパッケージ構造体。
【請求項３０】
前記基板が、Ｓｉ、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＧａＮからなる群から選択された材料で製作されることを特徴とする、請求項１６に記載のＬＥＤのパッケージ構造体。
【請求項３１】
前記ＬＥＤが高輝度ＬＥＤであることを特徴とする、請求項１６に記載のＬＥＤのパッケージ構造体。
【請求項３２】
基板を用意するステップと、
積層構造体を形成するように前記基板の上面にｎ型半導体材料層、発光層、およびｐ型半導体材料層を連続して形成するステップと、
前記ｎ型半導体材料層の縁部が露出されるまで、前記積層構造体の縁部がエッチングされ除去される、エッチングするステップと、
前記ｎ型半導体材料層の縁部上にカソードを形成するステップと、
前記ｐ型半導体材料層上にアノードを形成するステップと
を含むことを特徴とするＬＥＤの製造方法。
【請求項３３】
前記積層構造体を覆い、前記ｎ型半導体材料層の前記縁部を露出するように保護層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項３２に記載のＬＥＤの製造方法。
【請求項３４】
前記ｐ型半導体材料層と前記アノードとの間にあり、前記ｐ型半導体材料層を覆う透明電極層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項３２に記載のＬＥＤの製造方法。
【請求項３５】
前記ｎ型半導体材料層の前記縁部が前記ｎ型半導体材料層の中央区域よりも薄いことを特徴とする、請求項３２に記載のＬＥＤの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード、発光ダイオードを有するパッケージ構造体、および発光ダイオードを製作する方法に関し、より詳細には、円形カソードを利用する発光ダイオード、そのパッケージ構造体、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、半導体材料で製作される順方向バイアスｐｎ接合ダイオードである。発光ダイオードの発光原理は以下のように説明される。
順方向電流が発光ダイオードのｐｎ接合の２つの側に印加されると、非平衡キャリヤ（電子−正孔）が再結合して光を放出する。
前述の発光プロセスは、主として自然発光プロセスに対応する。
発光ダイオードを製造するための材料が高濃度でドープされ、ｐｎ接合が生成される。
熱平衡状態で、ｎ型領域は、移動頻度の高い多数の可動性の電子を有し、ｐ型領域は、移動頻度の低い多数の正孔を有する。
ｐｎ接合は絶縁体として働き、電子と正孔とが再結合しないようにする。
しかし、順方向電流がｐｎ接合に印加されると、電子はｐｎ接合のビルトインポテンシャルに打ち勝ち、ｐ型領域付近のｐｎ接合の片側に入ることができる。
電子がｐｎ接合のその側で正孔に出会うと、再結合が生じ、光が放出される。この再結合から放出された光は自然放出に属する。
【０００３】
一般に、従来型発光ダイオードは、基板上にｎ型半導体材料層、発光層、およびｐ型半導体材料層を含む積層構造体を形成することによって製造される。
従来型発光ダイオードに様々な材料および構造を使用すると、その従来型発光ダイオードから放出される光の波長も変化する。
例えば、青色発光ダイオードおよび緑色発光ダイオードは、通常、基板としてサファイアを、積層構造体としてＧａＩｎＮエピタキシャル構造を使用する。
サファイアが基板として使用されるので、従来型発光ダイオードのアノードおよびカソードは基板の同じ表面に形成される。
したがって、従来型発光ダイオードの電極は従来型発光ダイオードチップの大きい面積を占めている。
そのため、従来型発光ダイオードでは電流の分布が不均一になることがある。
さらに、従来型発光ダイオードの輝度は電極の光吸収のために減少することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の第一の目的は、発光ダイオード中の拡散電流を改善することができる発光ダイオードを提供することである。
【０００５】
本発明の他の目的は、高輝度発光ダイオードを提供することである。
【０００６】
本発明は、ＬＥＤを有するパッケージ構造体、およびＬＥＤを製造する方法をさらに提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による発光ダイオードは、基板、ｎ型半導体、発光層、ｐ型半導体材料層、アノード、およびカソードを含む。ｎ型半導体材料層は基板上に形成され、側面、中央区域、および中央部分のまわりの縁部を有する。発光層はｎ型半導体材料層上に形成される。ｐ型半導体材料層は発光層上に形成される。アノードはｐ型半導体材料層上に形成される。カソードはｎ型半導体材料層の縁部上に形成され、ｎ型半導体材料層に接触する。
【０００８】
好ましくは、保護層がｐ型半導体材料層上に形成され、アノードは保護層を貫通し、ｐ型半導体材料層に接触する。
【０００９】
好ましくは、透明電極層がｐ型半導体材料層とアノードとの間に形成され、ｐ型半導体材料層を覆い、保護層は透明電極層を覆う。
【００１０】
好ましくは、透明電極層はＬＥＤから放出される光の波長の４分の１の高さを有し、透明電極層は、ＩＴＯ、ＲｕＯ2、ＮｉＯ2、ＺｎＯ、およびそれらの組合せからなる群から選択された金属酸化物で製作される。
【００１１】
好ましくは、カソードは非吸光性の反射性金属または金属酸化物で製作され、カソードは、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＲｕＯ2、およびそれらの組合せからなる群から選択された材料で製作される。
【００１２】
好ましくは、カソードはｎ型半導体材料層の縁部上に形成される。カソードが形成されるｎ型半導体材料層の縁部は、カソードの厚さを増大させるためにｎ型半導体材料層の中央区域よりも薄い。代替として、カソードはｎ型半導体材料層の側面に接触して基板上に形成される。アノードまたはカソードの高さは２μｍよりも大きい。
【００１３】
基板は、Ｓｉ、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＧａＮからなる群から選択された材料で製作される。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、ＬＥＤのパッケージ構造体が提供される。
ＬＥＤは、基板と、基板の上面に形成されたｎ型半導体材料層と、ｎ型半導体材料層上に形成された発光層と、発光層上に形成されるｐ型半導体材料層と、ｐ型半導体材料層上に形成されたアノードと、ｎ型半導体材料層の縁部に沿って形成され、ｎ型半導体材料層に電気的に接触するカソードとを含む。
ＬＥＤのパッケージは、アノード上に形成されるリード線と、基板の下面に形成され、ｎ型半導体材料層およびカソードに接触する導電性材料とをさらに含む。
リード線および導電性材料は、それぞれ外部回路に接続するのに使用されるリードフレームに電気的に接続される。
【００１５】
本発明のさらなる態様によれば、ＬＥＤの製造方法が提供される。
この方法は、基板を用意するステップと、
積層構造体を形成するように基板の上面にｎ型半導体材料層、発光層、およびｐ型半導体材料層を連続して形成するステップと、
ｎ型半導体材料層の縁部が露出されるまで積層構造体の縁部がエッチングされ除去される、エッチングするステップと、
積層構造体を覆い、ｎ型半導体材料層の縁部を露出するように保護層を形成するステップと、
ｎ型半導体材料層の縁部上に円形カソードを形成するステップと、
ｐ型半導体材料層上の保護層を貫通するアノードを形成するステップとを含む。
【００１６】
本発明によれば、カソードがｎ型半導体材料層の縁部に沿って形成されるので、電流は発光ダイオードの表面においてより均一に分布することができる。
さらに、カソードは光吸収のない反射材料で製作されているために、発光ダイオードから放出された光がカソードによって吸収されることを少なくすることができる。
カソードおよびアノードは、電流を増大させ、ＬＥＤの電流分布の均一性を改善することができるように、より厚く形成される。
【００１７】
本発明の他の目的、利点、および新しい特徴は、添付図面と関連してなされる以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による発光ダイオードの第１の実施形態の断面側面図である。
【図２】本発明による発光ダイオードの第２の実施形態の断面側面図である。
【図３】本発明による発光ダイオードの第３の実施形態の断面側面図である。
【図４Ａ】本発明による発光ダイオードの製造方法の一実施形態のステップの断面側面図である。
【図４Ｂ１】本発明による発光ダイオードの製造方法の一実施形態のステップの断面側面図である。
【図４Ｂ２】本発明による発光ダイオードの製造方法の一実施形態のステップの断面側面図である。
【図４Ｃ】本発明による発光ダイオードの製造方法の一実施形態のステップの断面側面図である。
【図４Ｄ】本発明による発光ダイオードの製造方法の一実施形態のステップの断面側面図である。
【図４Ｅ】本発明による発光ダイオードの製造方法の一実施形態のステップの断面側面図である。
【図５】本発明による発光ダイオードのパッケージ構造体の第１の実施形態の断面側面図である。
【図６】本発明による発光ダイオードのパッケージ構造体の第２の実施形態の断面側面図である。
【図７】本発明による発光ダイオードのパッケージ構造体の第３の実施形態の部分断面の側面図である。
【図８】本発明による発光ダイオードの第１の実施形態の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、添付図面および実施の例を用いてさらに説明することができる。
図１および２を参照すると、本発明による発光ダイオードは、基板８と、基板８上に形成されたｎ型半導体材料層７と、ｎ型半導体材料層７上に形成された発光層６と、発光層６上に形成されたｐ型半導体材料層５とを含む。
ｎ型半導体材料層７、発光層６、およびｐ型半導体材料層５は、窒化ガリウムのような半導体材料で製作することができる。
ＬＥＤは、ｐ型半導体材料層５上に形成され、ｐ型半導体材料層５を覆う透明電極層３をさらに含むことができ、ＩＴＯ、ＲｕＯ2、ＮｉＯ2、ＺｎＯ、およびそれらの組合せからなる群から選択された金属酸化物で製作することができる。
透明電極層３は、発光ダイオードから放出された光の波長の４分の１の高さを有することができる。アノード１は、透明電極層３の中央で上部に形成され、円柱状とすることができる。
特に、透明電極層３は発光ダイオードの電流分布の均一性を改善することができるが、必須ではない。
アノード１はｐ型半導体材料層５上に直接形成することができる。
【００２０】
カソード４は、図１に示されるように、ｎ型半導体材料層７の縁部に沿って形成され、ｎ型半導体材料層７に接触する。
図８をさらに参照すると、カソード４の断面は、円形、長方形直線と曲線とからなる多角形、またはループ形状などの環状とすることができ、上から下まで同様な形状を有することができる。
ｎ型半導体材料層７の縁部は、縁部上に段差の形状を形成するようにｎ型半導体材料層７Ａの中央区域よりも薄い。
カソード４は、カソード４の高さを増加させるために、図２に示されるように、ｎ型半導体材料層７の段差上に形成することもできる。
カソード４は、図３に示されるように、ｎ型半導体材料層７の側面に接触して基板８上に形成することもできる。
カソード４は、カソード４の光吸収を低減させるように、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＲｕＯ2、およびそれらの組合せからなる群から選択された非吸光性の反射性金属または金属酸化物で製作することができる。
カソード４は２μｍよりも高い高さを有することができる。
オーミックコンタクト層を、カソード４とｎ型半導体層７との間に形成することができる。
【００２１】
カソード４が透明電極層３に接触しないように、保護層２が透明電極層３の上部に形成され、カソード４を透明電極層３から分離する。
保護層２は、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＮＯ、ＴｉＯ2、ＳＯＧなどのような絶縁体で製作することができる。
カソード４が環状であるので、電流は発光ダイオードの表面でより均一に分布することができる。
さらに、カソード４をｎ型半導体材料層７の段差上に形成し、そこで、カソード４をより高く形成して、電流を増加させ、発光ダイオードの電流分布の均一性を改善することができる。
さらに、カソード４が非吸光性の反射性材料で製作されているので、発光ダイオードから放出された光はカソード４によって吸収されず、発光ダイオードの輝度が向上する。
【００２２】
図４Ａから４Ｅを参照すると、発光ダイオードの製造方法は、基板８を用意するステップを含むことができる。
基板８は、Ｓｉ、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＧａＮなどとすることができ、５μｍから１００μｍの高さを有することができる。
次に、積層構造体が基板８上に形成され、図４Ａに示されるように、ｎ型半導体材料層７、発光層６、およびｐ型半導体材料層５を連続して含む。
積層構造体は窒化ガリウムのような半導体材料で製作することができ、エピタキシャルプロセスを使用して形成することができる。
積層構造体の縁部は、図４Ｂ１に示されるように、ｎ型半導体材料７の縁部が露出されるまでエッチングされ除去される。
ｎ型半導体材料層７の縁部をさらにエッチングして、ｎ型半導体材料層７の縁部をｎ型半導体材料層７の中央区域よりも薄くし、図４Ｂ２に示されるように縁部上に段差を形成することができる。
透明電極層３は、図４Ｃに示されるように、マスキングおよびコーティングによってｐ型半導体材料層５上に形成される。
保護層２は、図４Ｄに示されるように、透明電極層３および積層構造体を覆うように形成されるが、ｎ型半導体材料層７の縁部は依然として露出されている。
図４Ｅに示されるように、カソード４はｎ型半導体材料層７の縁部に沿って形成され、アノード１は保護層２を通って延び、透明電極層３の中央区域で上部に形成される。
カソード４およびアノード１は、コーティングプロセスによって連続的にまたは同時に形成することができ、２μｍよりも高い高さを有することができる。
さらに、透明電極層３は省略することができる。
【００２３】
上述の発光ダイオードの基板８は切り詰められ、基板８の高さが低減される。
次に、めっき金属または導電性接着剤などの導電性材料９が基板８の下面に形成され、ｎ型半導体材料層７に接触する。
リード線１０がアノード１に接続され、図５に示されるようなパッケージ構造体が形成される。
好ましくは、めっき金属または導電性接着剤９などの導電性材料９は、製造プロセスを簡易化するために単一部分としてカソード４と一体化して形成される。
次に、図７に示されるように、リード線１０と、めっき金属または導電性接着剤などの導電性材料９とは、それぞれリードフレーム１２に電気的に接続されてパッケージ構造体を形成し、パッケージ構造体はカバー１１内に配置され、エポキシ樹脂で充填される。
【００２４】
カソード４がｎ型半導体材料層７の縁部に沿って形成されるので、電流は発光ダイオードの表面においてより均一に分布することができる。
さらに、カソード４は光吸収のない反射材料で製作されているために、発光ダイオードから放出された光はカソード４による吸収を少なくすることができる。
カソード４およびアノード１は、電流を増大させ、ＬＥＤの電流分布の均一性を改善することができるようにより厚く形成される。
ＬＥＤの発光効率は従来のＬＥＤよりも５０％高い。
【００２５】
本発明は高輝度ＬＥＤに利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ１】
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【図４Ｂ２】
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【図４Ｃ】
2011510493.tif 000009
【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
2011510493.tif 000011
【図５】
2011510493.tif 000012
【図６】
2011510493.tif 000013
【図７】
2011510493.tif 000014
【図８】
2011510493.tif 000015
【国際調査報告】
2011510493.tif 000016
2011510493.tif 000017
2011510493.tif 000018
2011510493.tif 000019