(57)【要約】【課題】放熱効果に優れた発光ダイオード素子を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る発光ダイオード素子は、基板と、前記基板の上面に順次に形成される第一半導体層と、アクティブ層及び第二半導体層と、を備え、前記基板は透明インジウム錫酸化物材料からなり、前記基板の内部にはナノ水素含有炭化ケイ素顆粒が分布している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の上面に順次に形成される第一半導体層と、アクティブ層及び第二半導体層と、を備え、前記基板は透明インジウム錫酸化物材料からなり、前記基板の内部にはナノ水素含有炭化ケイ素顆粒が分布していることを特徴とする発光ダイオード素子。
【請求項２】
前記ナノ水素含有炭化ケイ素顆粒の粒径は、２０ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード素子。
【請求項３】
前記第二半導体層の上面には、電極が形成され、該電極の内部には、前記ナノ水素含有炭化ケイ素顆粒が分布していることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード素子。
【請求項４】
前記第一半導体層の内部には、第二ナノ粒子が分布し、該第二ナノ粒子の材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ガリウム或いは窒化硼素であることを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオード素子。
【請求項５】
前記第一半導体層は、Ｎ型ドーピングの半導体層であり、前記第二半導体層は、Ｐ型ドーピングの半導体層であることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード素子。
【請求項６】
前記Ｎ型ドーピングの半導体層の材料は、Ｎ型ドーピングの窒化ガリウム、Ｎ型ドーピングのリン化インジウム、Ｎ型ドーピングのリン化インジウムガリウム或いはＮ型ドーピングのリン化アルミニウムガリウムインジウムであることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の構造に関し、特に発光ダイオード素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）素子は、基板と、該基板に生成されるＮ型半導体層と、アクティブ層と、Ｐ型半導体層及び電極と、を備える。前記アクティブ層は、前記Ｎ型半導体層と前記Ｐ型半導体層との間に形成される。前記発光ダイオードが通電すると、前記Ｎ型半導体層からの電子及び前記Ｐ型半導体層からの正孔が複合して生じたエネルギーの一部は、光によって放出され、他の一部は、熱によって放出される。
【０００３】
しかし、発光ダイオードが生じた熱は適時消散しないと、アクティブ層の発光特性に悪影響を与える。従来から用いられているサファイア基板或いは窒化ガリウム基板は、その熱伝導率が比較的低いため、熱が長時間発光ダイオード素子の内部に集まり、発散しにくい。このため、発光ダイオード素子の発光効率が低下し、これが発光ダイオード素子の電気的特性にも影響する。このため、熱の発生及び蓄積が増え、悪循環により、最終的に、発光ダイオードの寿命が短縮してしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の問題点に鑑みて、本発明は、放熱効果に優れた発光ダイオード素子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】
上記の目的を達成するために、本発明が提供する発光ダイオード素子は、基板と、該基板の上面に順次に形成される第一半導体層と、アクティブ層及び第二半導体層と、を備え、前記基板は透明インジウム錫酸化物材料からなり、前記基板の内部にはナノ水素含有炭化ケイ素顆粒が分布している。
【発明の効果】
【０００６】
従来の技術とは異なり、本発明は、透明インジウム錫酸化物を発光ダイオード素子の基板の材料とし、且つ該基板の内部に、良好な熱伝導率を有するナノ水素含有炭化ケイ素顆粒を分布させることによって、前記発光ダイオード素子の内部に発生した熱を容易に外へ発散させて、放熱効率を高める。また、他の実施形態において、前記基板は、電極として使用しても良く、前記基板の主要な材質であるインジウム錫酸化物及び前記基板の内部に位置するナノ水素含有炭化ケイ素顆粒は、いずれも透明で且つ良好な導電性を有するため、前記基板は、前記発光ダイオード素子の電流分布の均一度を高めるだけでなく、前記発光ダイオード素子の出光効率をも高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る発光ダイオード素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る発光ダイオード素子１０は、基板１１と、第一半導体層１２と、アクティブ層１３と、第二半導体層１４及び電極１５と、を備える。
【０００９】
基板１１は平板体であり、且つナノ水素含有炭化ケイ素（ＳｉＣ）顆粒（ｎａｎｏ  ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＳｉＣ（ＳｉＣ：Ｈ）  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）１１１が均一に分布する透明インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）材料からなる。ナノ水素含有炭化ケイ素顆粒１１１の粒径は、２０ｎｍ〜２００ｎｍである。基板１１の中に分布するナノ水素含有炭化ケイ素顆粒１１１は、熱伝導率がより高い透明材料であり、アクティブ層１３が生じた熱が基板１１を経由して外部環境へ伝導するスピードを速めることができる。これにより、熱が素子の内部に集まることで、発光ダイオード素子１０の光学及び電気特性に影響を与える状況を改善して、発光ダイオード素子１０に高い量子効率を保たせる。また、ナノ水素含有炭化ケイ素は、良好な導電率を有するため、基板１１内部の電流の分布及び伝導に有利である。また、基板１１全体は、透明インジウム錫酸化物材料を採用し、基板１１内に分布するナノ水素含有炭化ケイ素顆粒１１１も透明であるため、光線は、基板１１及びナノ水素含有炭化ケイ素顆粒１１１の屈折によって、容易にアクティブ層１３から下方へ移動した後、発光ダイオード素子１０の外部へ出射される。
【００１０】
第一半導体層１２、アクティブ層１３及び第二半導体層１４は、基板１１の上面に順次に形成されている。第一半導体層１２及び第二半導体層１４は、異なるドーピング型の半導体層である。本実施形態において、第一半導体層１２は、電子を提供するＮ型ドーピングの半導体層であり、且つＮ型ドーピングの窒化ガリウム、Ｎ型ドーピングのリン化インジウム、Ｎ型ドーピングのリン化インジウムガリウム或いはＮ型ドーピングのリン化アルミニウムガリウムインジウム等の材料によって作製される。第二半導体層１４は、正孔を提供するＰ型ドーピングの半導体層である。また、他の実施形態において、第一半導体層１２はＰ型ドーピングの半導体層であり、第二半導体層１４はＮ型ドーピングの半導体層であることも可能である。発光ダイオード素子１０が通電された後、第一半導体層１２の電子及び第二半導体層１４の正孔は、アクティブ層１３で互いに複合して光を発する。
【００１１】
また、第一半導体層１２及び第二半導体層１４の内部に、第二ナノ粒子１２１をそれぞれ分布させることもできる。この第二ナノ粒子１２１は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ガリウム或いは窒化硼素等の材料によって形成され、良好な熱伝導率を有するため、第一半導体層１２及び第二半導体層１４内の熱の伝導及び発散に有利である。第一半導体層１２の電子及び第二半導体層１４の正孔がアクティブ層１３で結合すると、熱はアクティブ層１３が位置するエリアに発生し、且つ四方へ伝導される。また、熱が上か或は下へ伝導される時に、第一半導体層１２及び第二半導体層１４をそれぞれ経由する。第一半導体層１２及び第二半導体層１４の内部にはいずれも第二ナノ粒子１２１が分布しており、第二ナノ粒子１２１の高熱伝導率は熱の伝導を加速させるため、熱が発光ダイオード素子１０の中央部から外部に向かって伝導される又は消散されることを促進する。
【００１２】
電極１５は、第二半導体層１４の上面に形成され、且つ金、銅等の導電性能に優れ、第二半導体層１４に対して良好な密着力を持つ金属材料からなる。発光ダイオード素子１０の熱伝導性能をさらに高めるために、電極１５の内部に第三ナノ粒子１５１を分布させることが好ましい。第三ナノ粒子１５１は、前記透明なナノ水素含有炭化ケイ素顆粒１１１であり、又は酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ガリウム或いは窒化硼素等の材料からなる前記第二ナノ粒子１２１であることもできる。また、電流を均一に拡散して、発光ダイオード素子１０の光学特性をさらに改善するために、電極１５と第二半導体層１４との間に、透明導電層を形成してもよい。
【００１３】
基板１１及び電極１５は、第一半導体層１２、アクティブ層１３及び第二半導体層１４により構成されたエピタキシャル層の両側にそれぞれ形成されている。基板１１は、主に透明インジウム錫酸化物からなり、且つ自身が高い導電性を有するので、通常、透明導電層として使われ、電流の拡散効果を増大させる。従って、基板１１は、電極１５と相対する別の電極として、電極１５と共に外部の電気回路の中に接続されて、発光ダイオード素子１０に電気エネルギーを提供する。従って、発光ダイオード素子１０の構造は更に簡単になり、基板１１全体を別の電極とした場合、第一半導体層１２は、基板１１を完全に被覆するため、電流が均一に分布する効果を増大させる。また、基板１１全体が透明であるため、発光ダイオード素子１０の内部から発する光線は、遮られることなく基板１１を透過して外へ射出されるので、発光ダイオード素子１０の出光効率を高めることができる。
【００１４】
本発明の実施形態において、透明インジウム錫酸化物を基板１１の材料とし、且つ基板１１の内部に、良好な熱伝導率を有するナノ水素含有炭化ケイ素顆粒１１１を分布させることによって、発光ダイオード素子１０の内部に発生した熱を容易に外へ発散させて、放熱効率を高める。また、他の実施形態において、基板１１は、電極として使用しても良く、基板１１の主要な材質であるインジウム錫酸化物及び基板１１の内部に位置するナノ水素含有炭化ケイ素顆粒１１１は、いずれも透明で、且つ良好な導電性を有するため、基板１１は、発光ダイオード素子１０の電流分布の均一度を高めるだけでなく、発光ダイオード素子１０の出光効率をも高めることができる。
【００１５】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形、又は修正が可能であり、該変形、又は修正も本発明の特許請求の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００１６】
１０              発光ダイオード素子
１１              基板
１２              第一半導体層
１３              アクティブ層
１４              第二半導体層
１５              電極
１１１            ナノ水素含有炭化ケイ素（ＳｉＣ：Ｈ）顆粒
１２１            第二ナノ粒子
１５１            第三ナノ粒子
【図１】
2013093575.tif 000003