(57)【要約】      （修正有）【課題】大面積の発光ダイオードに流れる電流密度分布の均一化を図り、発光効率のよい大面積の発光ダイオードを提供する。【解決手段】第１の導電型の半導体層３３０上に配置された第１の分散配置電極３９０、３９４と、第１の導電型の半導体層３３０上に積層された第２の導電型の半導体層上に配置した第２の分散配置電極とを有し、前記第２の分散配置電極は、透明電極４００ａと前記透明電極４００ａ上に形成された電極部４００ｂ、４０２、４０４で構成されている。【選択図】  図３Ａ
2004228554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電気特性を有する半導体層と、
前記第１の電気特性を有する前記半導体層の一部分の上に配置された半導体エピタキシャル構造と、
前記半導体エピタキシャル構造上に配置された第２の電気特性を有する透明電極と、
前記第１の電気特性を有する前記半導体層の他の部分の上に配置された、前記第１の電気特性を有する第１の分散配置電極と、
前記第２の電気特性を有する前記透明電極の上に配置された、前記第２の電気特性を有する第２の分散配置電極とをそなえ、
前記第１の電気特性を有する前記第１の分散配置電極は、前記第１の電気特性を有する少なくとも一つの第１の金属電極パッドと、前記第１の電気特性を有し且つ前記第１の電気特性を有する前記第１の金属電極パッドから外に向かって延びる少なくとも一つの第１の延長部とを有し、また、
前記第２の電気特性を有する前記第２の分散電極は、前記第２の電気特性を有する前記透明電極上に配置され、前記第２の電気特性を有する前記第２の分散配置電極は、前記第２の電気特性を有する少なくとも一つの第２の金属電極パッドと、前記第２の電気特性を有し且つ前記第２の電気特性を有する前記第２の金属電極パッドから外に向かって延びる少なくとも一つの第２の延長部とを有する発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造に関し、分散配置電極を有するＬＥＤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどのような窒化物の半導体材料から形成される発光素子に、より力点が置かれている。上記のタイプの発光素子の半導体層の大部分は、非導電性のサファイア基板で形成されており、これらは導電性基板を使用する他の発光素子とは異なっている。サファイア基板は電気的に絶縁体であるので、電極はサファイア基板上に直接形成することはできない。したがって、上記タイプの発光素子の製造を完成させるために、電極は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とに個別に直接接触しなくてはならない。
【０００３】
図１Ａ、図１Ｂを参照すると、これらの図はそれぞれ、従来の窒化物ＬＥＤの概略断面図と概略上面図とを示しており、図１Ａは図１Ｂに示すａ−ａ’線に沿って見た概略断面図である。図１Ａ、図１Ｂに示す構造は、下記のプロセスにしたがって形成される。まず初めに、低温のバッファ層２０が基板１０上にエピタキシャル成長する。この場合、基板１０を形成する材料はサファイアのようなものでよく、バッファ層２０を形成する材料はＡｌＮあるいはＧａＮのようなものでよい。その後、バッファ層２０の上に堆積構造がエピタキシャル形成され、この堆積構造は、第１の電気特性を有する半導体層３０（その材料は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）のようなものでよい）と、第１の電気特性を有する第１のサンドイッチ層４０（その材料は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）のようなものでよい）と、二重異種接合構造と（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）の量子井戸とからなる活性層５０と、第２の電気特性を有する第２のサンドイッチ層６０（その材料は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）のようなものでよい）と、前記第２の電気特性を有するコンタクト層７０（これは重度にドープされ、且つ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）のようなもので作られる）とを順番にそなえる。
【０００４】
次いで、上記エピタキシャル層は、前記第１の電気特性を有する半導体層３０の一部を露出させるために、エッチング技術を使用してエッチングされる。その後、熱蒸着、電子ビーム、スパッタリングなどによって第１の電気特性を有する半導体層３０の露出された部分に、前記第１の電気特性を有する第１の金属電極パッド９０が堆積される。続いて、第２の電気特性を有するコンタクト層７０の上に、第２の電気特性を有する透明電極１００ａと、第２の電気特性を有する第２の金属電極パッド１００ｂとが順番に堆積される。
【０００５】
図２を参照すると、この図は、もう一つの従来の窒化物ＬＥＤの表面の電極配置を示す概略上面図を示し、この図では第１の電気特性を有する半導体層１３０の一部分の上に第２の電気特性を有する透明電極２００ａが配置され、第１の電気特性を有する半導体層１３０の他の部分の上に、第１の電気特性を有する第１の金属電極パッド１９０が配置されている。しかしながら、これらの透明電極２００ａと半導体層１３０とは直接接触しておらず、活性層（図示せず）によって分離されている。さらに、第２の電気特性を有する透明電極２００ａの上には、第２の電気特性を有する第２の金属電極パッド２００ｂが配置されている。さらに、第１の電気特性を有するこれら三つの第１の金属電極パッド１９０は、第１の電気特性を有する２個の第１の電極１９２によって接続され、第２の電気特性を有するこれら三つの第２の金属電極パッド２００ｂは、第２の電気特性を有する２個の第２の電極２０２によって接続されている。
【０００６】
従来の窒化物ＬＥＤの、上記電極配置が大面積ＬＥＤ（すなわち上面図から見て）に適用されると、ＬＥＤの面積は第１の金属電極パッド１９０の面積、第１の電極１９２の面積、第２の金属電極パッド２００ｂの面積、第２の電極２０２の面積よりはるかに大きくなり、またＬＥＤの明るさは注入される電流の増加によって増進できない。Ｓｔｅｉｇｅｒｗａｌｄら（米国特許第６，３９７，２１８号；ＬｕｍｉＬｅｄｓ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ）は、大電力の大面積ＬＥＤでの使用に適した平行電極の考えを開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記発明の背景を考慮すれば、従来の窒化物ＬＥＤの電極配置が大面積ＬＥＤに適用されると、ＬＥＤの明るさは、注入される電流の増加によって増進できない。したがって本発明の目的は、電流が電極の均等な分散配置によって均等に分配され、それによって大面積ＬＥＤの電流分配効果を高める、分散配置電極を有するＬＥＤを提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、少なくとも二つの金属電極パッドの各々が受け取る電流密度を低下させ、それによって金属電極パッド内で保持し得る電流全体を増進させるために少なくとも二つの金属電極パッドが設置されている、分散配置電極を有するＬＥＤを提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、ＬＥＤの輝度を増進させるための分散配置電極を有するＬＥＤを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的に従って本発明は、
第１の電気特性を有する半導体層と、前記第１の電気特性を有する前記半導体層の一部分の上に配置された半導体エピタキシャル構造と、前記半導体エピタキシャル構造上に配置された第２の電気特性を有する透明電極と、前記第１の電気特性を有する前記半導体層の他の部分の上に配置された、前記第１の電気特性を有する第１の分散配置電極と、前記第２の電気特性を有する前記透明電極の上に配置された、前記第２の電気特性を有する第２の分散配置電極とをそなえ、前記第１の電気特性を有する前記第１の分散配置電極は、前記第１の電気特性を有する少なくとも一つの第１の金属電極パッドと、前記第１の電気特性を有し且つ前記第１の電気特性を有する前記第１の金属電極パッドから外に向かって延びる少なくとも一つの第１の延長部とを有し、また、前記第２の電気特性を有する前記第２の分散電極は、前記第２の電気特性を有する前記透明電極上に配置され、前記第２の電気特性を有する前記第２の分散配置電極は、前記第２の電気特性を有する少なくとも一つの第２の金属電極パッドと、前記第２の電気特性を有し且つ前記第２の電気特性を有する前記第２の金属電極パッドから外に向かって延びる少なくとも一つの第２の延長部とを有する発光ダイオード、
を提供する。さらに、上記第１の電気特性を有する第１の分散配置電極と第２の電気特性を有する第２の分散配置電極は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、ＷまたはＡｕなどとそれらの合金などで作ることができる。上記第１、第２の延長部は、分枝状分散配置の形態になり得る。さらに、第１の電気特性を有する第１の延長部と第２の電気特性を有する第２の延長部は、ジグザグに配置することができる。
【００１１】
本発明の上記態様とそれに伴う利点の多くが、付属の図面と共に下記の詳細な説明を参照することによってさらによく理解される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、分散配置電極を有するＬＥＤの構造に関する。ＬＥＤが基板の同じ面にそれぞれ正電極と負電極とを形成することを特徴とする限り、これらのＬＥＤは本発明の適用範囲に含まれ、本発明は、主として窒化物を利用するＬＥＤに限定されない。
【００１３】
図３Ａ、図３Ｂを参照すると、これらの図はそれぞれ、従来の窒化物ＬＥＤの概略上面図と概略断面図とを示し、図３Ｂは図３Ａに示すｂ−ｂ’線に沿って見た概略断面図である。図３Ａ、図３Ｂに示す構造は、下記のプロセスにしたがって形成される。まず初めに、低温のバッファ層３２０が基板３１０上でエピタキシャル成長する。この場合、基板３１０を形成する材料はサファイアのようなものでよく、バッファ層３２０を形成する材料はＡｌＮあるいはＧａＮのようなものでよい。その後、バッファ層３２０の上に堆積構造がエピタキシャル形成され、この堆積構造は、第１の電気特性を有する半導体層３３０（その材料は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）のようなものでよい）と、第１の電気特性を有する第１のサンドイッチ層３４０（その材料は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）のようなものでよい）と、二重異種接合構造と（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）の量子井戸とからなる活性層３５０と、第２の電気特性を有する第２のサンドイッチ層３６０（その材料は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）のようなものでよい）と、前記第２の電気特性を有するコンタクト層３７０（これは重度にドープされ、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）のようなもので作られる）とを順番にそなえる。上記第１の電気特性はｐ型、ｎ型いずれでもよく、第２の電気特性は第１の電気特性の反対である。
【００１４】
この後、上記エピタキシャル層は、前記第１の電気特性を有する半導体層３３０の一部を露出させるために、エッチング技術を使用してエッチングされる。その後、熱蒸着、電子ビーム、スパッタリングなどによって第１の電気特性を有する半導体層３３０の露出された部分に、前記第１の電気特性を有する第１の金属電極パッド３９０と第１の電気特性を有する第１の電極３９４とが堆積される。それから第２の電気特性を有するコンタクト層３７０の上に、第２の電気特性を有する透明電極４００ａと、第２の電気特性を有する第２の金属電極パッド４００ｂと、第２の電気特性を有する第２の電極４０２、４０４とが順番に堆積される。ここで図３Ａに示すように、第２の電気特性を有する二つの第２の金属電極パッド４００ｂは、第２の電気特性を有する第２の電極４０２を介して接続される。さらに第１の電気特性を有する２組の第１の電極３９４は、第１の電気特性を有する第１の金属電極パッド３９０から外に向かって延び、それによって第１の電気特性を有する電極面積を増加させている。同様に第２の電気特性を有する３組の第２の電極４０４は、第２の電気特性を有する第２の金属電極パッド４００ｂの一つから外に向かって延び、それによって第２の電気特性を有する電極面積を増加させている。したがって本発明の適用によって電流は、より均一に分配でき、電極に保持可能な電流全体が増進でき、それによってＬＥＤの輝度を増進させることができる。さらに第１の電気特性を有する第１の金属電極パッド３９０と、第１の電気特性を有する第１の電極３９４と、第２の電気特性を有する第２の金属電極パッド４００ｂと、第２の電気特性を有する第２の電極４０２と、第２の電気特性を有する第２の電極４０４とは、金属材料（Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、ＷまたはＡｕなどとそれらの合金など）で作ることができる。さらに、図３Ａに示すように、第１の電気特性を有する第１の電極３９４および第２電気特性を有する第２の電極４０４は、分枝状分散の形態、あるいはその他如何なる形態にも配置し得る。上記配置が電極面積を増加させ得る限り、このような配置は、本発明の請求範囲に含まれる。第１の電極３９４および第２の電極４０４は、ジグザグ様式、その他如何なる様式にも配置することができる。
【００１５】
図４を参照すると、この図は、本発明の第２の好適な実施形態による窒化物ＬＥＤの表面の電極配置を示す概略上面図を示している。図４に示す構造は、図３Ａに示す構造を形成するために使用されたプロセスと同様のプロセスで形成できる。図４に示すように、第１の電気特性を有する半導体層２３０の一部分の上に第２の電気特性を有する透明電極３００ａが配置される。第１の電気特性を有する第１の金属電極パッド２９０と、第１の電気特性を有する第１の電極２９２と、第１の電気特性を有する第１の電極２９４とに関しては、これらは第１の電気特性を有する半導体層２３０の他の部分の上に配置される。さらに第２の電気特性を有する第２の金属電極パッド３００ｂと、第２の電気特性を有する第２の電極３０２、３０４とは、第２の電気特性を有する透明電極３００ａの上に配置され、ここで、図４に示す第１の電気特性を有する三つの第１の金属電極パッド２９０は、第１の電気特性を有する二つの第１の電極２９２を介して接続され、第２の電気特性を有する三つの第２の金属電極パッド３００ｂは、第２の電気特性を有する第２の電極３０２を介して接続される。さらに、第１の電気特性を有する第１の電極２９４は、第１の電気特性を有する第１の金属電極パッド２９０の一つから外に向かって延びている。同様に、第２の電気特性を有する第２の電極３０４は、第２の電気特性を有する第２の金属電極パッド３００ｂの二つから外に向かって延びている。このようにして、第２の電気特性を有する電極面積は増加させることができる。さらに図４に示すように、第１の電気特性を有する第１の電極２９４と第２の電気特性を有する第２の電極３０４とは、分枝状分散の形態、あるいはその他如何なる形態にも配置し得る。上記配置が電極面積を増加させ得る限り、このような配置は、本発明の請求範囲に含まれる。第１の電極２９４および第２の電極３０４は、ジグザグ様式、その他如何なる様式にも配置することができる。
【００１６】
図５を参照すると、この図は、それぞれの電極配置が図２、図３Ａ、図４に示されている３個のＬＥＤ素子の間の、輝度の比較を示す図である。図５に示すデータの三つのグループは、それぞれ図２、図３Ａ、図４に示す電極配置を参照することによって得られ、図中の３個の窒化物ＬＥＤはすべて、４０ｍｉｌ×４０ｍｉｌのサイズを有している。図５に示す水平軸は、素子番号１から７、すなわち窒化物ＬＥＤの各タイプ（従来タイプ、第１の好適な実施形態（例）、第２の好適な実施形態（例））を表し、テストには７個の異なるＬＥＤ素子が使用されている。図５に示す垂直軸に関しては、これはＬＥＤ素子の輝度を表している。図５に示すテスト結果から明らかに、本発明の第１の好適な実施形態と第２の好適な実施形態の電極配置を有する窒化物ＬＥＤは、従来の窒化物ＬＥＤより遥かに強い輝度を持つことが分かる。
【００１７】
要約すれば本発明の利点は、電極の均等な分散配置によって電流が均等に分配され、それによって大面積ＬＥＤの電流分配効果を高める、分散配置電極を有するＬＥＤを提供することである。
【００１８】
本発明の他の利点は、金属電極パッドに保持可能な電流全体がさらに増進されるように、金属電極パッドの各々に受けられる電流密度を下げるために少なくとも二つの金属電極パッドが設置されている、分散配置電極を有するＬＥＤを提供することである。
【００１９】
本発明の他の利点は、ＬＥＤの輝度を増進するための分散配置電極を有するＬＥＤを提供することである。
【００２０】
当業者が理解するように、本発明の上記好適な実施形態は、本発明を限定するものではなく本発明を例示するものである。付属の請求項の精神と範囲内に含まれる種々の修正と類似構成とをカバーすることが意図されており、その範囲にはこのような修正および類似構造のすべてを包含するような、もっとも広範な解釈が与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】図１Ｂに示すａ−ａ’線に沿って見た概略断面図。
【図１Ｂ】従来の窒化物ＬＥＤの概略上面図。
【図２】他の従来の窒化物ＬＥＤの表面の電極配置を示す概略上面図。
【図３Ａ】本発明の第１の好適な実施形態による、窒化物ＬＥＤの表面の電極配置を示す概略上面図。
【図３Ｂ】図３Ａに示すｂ−ｂ’線に沿って見た概略断面図。
【図４】本発明の第２の好適な実施形態による、窒化物ＬＥＤの表面の電極配置を示す概略上面図。
【図５】それぞれの電極配置がそれぞれ図２、図３Ａ、図４に示される３個のＬＥＤ素子の間の輝度の比較を示す図。
【符号の説明】
１０，３１０  基板
２０，３２０  バッファ層
３０  半導体層
４０  サンドイッチ層
５０，３５０  活性層
６０，３４０，３６０  サンドイッチ層
７０，３７０  コンタクト層
９０，１００ｂ，１９０  金属電極パッド
２００ｂ，２９０，３９０  金属電極パッド
４００ｂ，３００ｂ  金属電極パッド
１００ａ，２００ａ，３００ａ，４００ａ  透明電極
１３０，２３０，３３０  半導体層
１９２，２０２，２９２，２９４，３０２  電極
３０４，３９４，４０２，４０４  電極
【図１Ａ】
2004228554.tif 000003
【図１Ｂ】
2004228554.tif 000004
【図２】
2004228554.tif 000005
【図３Ａ】
2004228554.tif 000006
【図３Ｂ】
2004228554.tif 000007
【図４】
2004228554.tif 000008
【図５】
2004228554.tif 000009