DE112011102703T5 - Lichtemittierende Diode mit verbesserter Lichtextrakionseffizienz - Google Patents

Lichtemittierende Diode mit verbesserter Lichtextrakionseffizienz Download PDF

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Jae Moo KIM
Keum Ju LEE
Kyoung Wan Kim
Jeong Hee YANG
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Seoul Optodevice Co Ltd
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Abstract

Es wird eine lichtemittierende Diode mit verbesserter Lichtextraktionseffizienz offenbart. Die LED umfasst eine lichtemittierende Anordnung, die auf einem Substrat angeordnet ist und eine Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, eine aktive Schicht und eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist. Ein erstes Elektrodenfeld ist mit der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden. Ein zweites Elektrodenfeld ist auf dem Substrat angeordnet. Eine reflektierende Isolierschicht bedeckt einen Teil der lichtemittierenden Anordnung und ist unter dem zweiten Elektrodenfeld so angeordnet, dass das zweite Elektrodenfeld von der lichtemittierenden Struktur beabstandet ist. Wenigstens ein oberer Fortsatz ist mit dem zweiten Elektrodenfeld so verbunden, dass er mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden ist. Weiterhin ist eine Struktur aus Lichtextraktionselementen auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet. Dementsprechend ist es möglich, die Stromausbreitung zu verbessern, um einen durch ein Elektrodenfeld bedingten Lichtverlust zu verhindern und die Lichtemissionsleistung unter Verbesserung der Lichtextraktionseffizienz zu verbessern.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtemittierende Diode und insbesondere eine lichtemittierende Diode mit verbesserter Lichtextraktionseffizienz.
  • [Stand der Technik]
  • Seit der Entwicklung von auf Galliumnitrid (GaN) basierenden lichtemittierende Dioden (LEDs) finden derzeit die GaN-basierten LEDs vielfältige Einsatzmöglichkeiten wie zum Beispiel als farbenreiche LED-Displays, LED-Ampeln und weiße LEDs.
  • Eine GaN-basierte LED wird im Allgemeinen durch epitaxisches Wachstum von Schichten auf einem Substrat, wie zum Beispiel auf einem Saphirsubstrat, gebildet und sie umfasst eine Halbleiterschicht vom n-Typ, eine Halbleiterschicht vom p-Typ und eine dazwischen angeordnete aktive Schicht. Indes wird ein n-Elektrodenfeld auf der Halbleiterschicht vom n-Typ gebildet und ein p-Elektrodenfeld auf der Halbleiterschicht vom p-Typ gebildet. Die LED wird mittels einer elektrischen Verbindung mit einer externen Stromquelle über die Elektrodenfelder betrieben. In dem vorliegenden Fall fließt der Strom über die Halbleiterschichten vom p-Elektrodenfeld zum n-Elektrodenfeld.
  • Da die Halbleiterschicht vom p-Typ einen im Allgemeinen hohen spezifischen Widerstand aufweist, breitet sich der Strom nicht gleichmäßig in der Halbleiterschicht vom p-Typ aus, sondern sammelt sich in einem Bereich in dem das p-Elektrodenfeld ausgebildet ist. Zusätzlich fließt der Strom gesammelt durch eine Kante der LED. Die Ansammlung von Strom führt zu einer Verkleinerung eines lichtemittierenden Bereichs und bedingt eine geringere Lichtausbeute. Zur Lösung dieses Problems wird eine Technik zum Verteilen von Strom durch Bilden einer transparenten Elektrodenschicht mit niedrigem spezifischem Widerstand auf einer Halbleiterschicht vom p-Typ verwendet. Da der von einem p-Elektrodenfeld eingeleitete Strom sich in der transparenten Elektrodenschicht ausbreitet und dann in die Halbleiterschicht vom p-Typ eingeleitet wird, kann der lichtemittierende Bereich einer LED erweitert werden. Da jedoch die transparente Elektrodenschicht Licht absorbiert, ist deren Dicke begrenzt und daher gibt es eine Begrenzung für die Stromausbreitung. Insbesondere gibt es eine Begrenzung für die Stromverteilung bei der Verwendung einer transparenten Elektrodenschicht in einer großformatigen Hochleistungs-LED von ungefähr 1 mm2 oder mehr.
  • Mittlerweile werden von den Elektrodenfeldern ausgehende sich erstreckende Fortsätze verwendet, um die Ausbreitung des Stroms in einer LED zu fördern. Zum Beispiel offenbart das US Patent Nr. 6,650,018 , dass eine Vielzahl von Fortsätzen sich von den Elektrodenkontaktteilen 117, 127 gegenläufig zueinander erstrecken, das heißt, so dass die Elektrodenfelder die Ausbreitung des Stroms verbessern. Obwohl der Strom über einen großen Bereich einer LED hinweg unter Verwendung der Vielzahl von Fortsätzen verteilt werden kann, gibt es eine Ansammlung von Strom, wobei der Strom sich immer noch in Bereichen in denen die Elektrodenfelder positioniert werden, ansammelt.
  • Mit zunehmender Größe der LED ist es weiterhin wahrscheinlich, dass in der LED ein Defekt vorkommt. Zum Beispiel sorgt ein Defekt, wie beispielsweise eine Versetzungslinie oder ein Pinhole für einen Weg, entlang dem der Strom schnell fließt und somit die Stromausbreitung stört.
  • Mittlerweile wird im Allgemeinen ein strukturiertes Saphirsubstrat zur Verbesserung der Lichtextraktionseffizienz einer LED verwendet. Ein Muster auf dem Saphirsubstrat streut oder reflektiert das in einer aktiven Schicht erzeugte Licht so, dass der Lichtverlust durch innere Totalreflexion in der LED verringert wird und dementsprechend die Lichtextraktionseffizienz verbessert wird.
  • Es wird erwartet, dass die Lichtextraktionseffizienz unter Verwendung des Musters auf dem Saphirsubstrat verbessert wird. Da jedoch der Brechungsindex einer GaN-basierten Halbleitercompoundschicht relativ groß ist, ist es dennoch wahrscheinlich, das Licht durch innere Totalreflexion in der LED verloren geht.
  • Da die Elektrodenfelder im Allgemeinen aus einem metallischen Material, das Licht absorbiert, gebildet sind, wird überdies das zu den Elektrodenfeldern hin sich ausbreitende Licht von den Elektrodenfeldern absorbiert und geht verloren.
  • Daher ist es fortwährend nötig, sich um eine Verbesserung der Lichtextraktionseffizienz zu bemühen.
  • [Offenbarung der Erfindung]
  • [Technische Aufgabe]
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine LED mit verbesserter Lichtextraktionseffizienz bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine LED bereitzustellen, die verhindert, dass sich Strom in der Umgebung eines Elektrodenfelds ansammelt.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer großflächigen LED, die den Strom in der LED gleichmäßig verteilen kann.
  • Außerdem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine LED bereitzustellen, die den Lichtverlusts aufgrund eines Elektrodenfelds vermindern kann.
  • [Technische Lösung]
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine LED bereitgestellt, die Folgendes umfasst: ein Substrat; eine auf dem Substrat angeordnete lichtemittierende Anordnung, wobei die lichtemittierende Anordnung eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht und eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist; ein elektrisch mit der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp verbundenes erstes Elektrodenfeld; ein über dem Substrat angeordnetes zweites Elektrodenfeld; eine reflektierende Isolierschicht, die einen Teil der lichtemittierenden Anordnung bedeckt und unter dem zweiten Elektrodenfeld so angeordnet ist, dass das zweite Elektrodenfeld von der lichtemittierenden Anordnung beabstandet ist; wenigstens einen mit dem zweiten Elektrodenfeld so verbundenen Fortsatz, dass er mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden ist; und eine Struktur aus Lichtextraktionselementen, die über der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist.
  • Da die zweite Elektrodenfläche von der lichtemittierenden Anordnung durch die reflektierende Isolierschicht beabstandet ist, ist es möglich, ein Ansammeln von Strom um das zweite Elektrodenfeld herum zu verhindern, wodurch die Stromverteilungseffizienz verbessert wird. Desweiteren reflektiert die reflektierende Isolierschicht das sich zum zweiten Elektrodenfeld hin ausbreitende Licht, wodurch ein durch das zweite Elektrodenfeld verursachter Verlust an Licht verringert werden kann. Zusätzlich wird die Struktur aus Lichtextraktionselementen auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp so angeordnet, dass sie dem Substrat gegenüberliegt und somit Licht einfach durch die Struktur aus Lichtextraktionselementen emittiert werden kann, wodurch die Lichtextraktionseffizienz verbessert wird. Die Struktur aus Lichtextraktionselementen kann zum Beispiel in Kombination mit einer auf einem Saphirsubstrat gebildeten Struktur verwendet werden.
  • Trotz keiner besonderen Einschränkung kann die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp eine Nitrid-Halbleiterschicht vom n-Typ und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp eine Nitrid-Halbleiterschicht vom p-Typ sein. Zusätzlich kann die LED weiterhin eine auf der Nitrid-Halbleiterschicht vom p-Typ angeordnete transparente Elektrodenschicht umfassen und der obere Fortsatz kann mit der transparenten Elektrodenschicht verbunden sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Struktur aus Lichtextraktionselementen auf der transparenten Elektrodenschicht ausgebildet sein. Die Struktur der Lichtextraktionselemente kann zum Beispiel durch Strukturieren eines oberen Teils der transparenten Elektrodenschicht gebildet werden.
  • Indes kann die LED weiterhin eine Isolierschicht umfassen, die die transparente Elektrodenschicht bedeckt. In diesem Fall kann die Isolierschicht eine Öffnung aufweisen, um die transparente Elektrodenschicht freizulegen, und der obere Fortsatz kann durch die Öffnung mit der transparenten Elektrodenschicht verbunden sein.
  • Ferner kann die Öffnung so angeordnet sein, dass sie von dem zweiten Elektrodenfeld beabstandet ist. Dementsprechend ist der mit der transparenten Elektrodenschicht durch die Öffnung verbundene obere Fortsatz mit dem zweiten Elektrodenfeld über ein auf der Isolierschicht angeordnetes Verbindungsteil verbunden. Da das Verbindungsteil auf der Isolierschicht angeordnet ist, ist der obere Fortsatz nicht direkt mit der transparenten Elektrodenschicht um das zweite Elektrodenfeld herum verbunden, und somit ist es möglich, weiteres Ansammeln von Strom in der Nähe des zweiten Elektrodenfeld zu verhindern.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Struktur aus den Lichtextraktionselementen auf der Isolierschicht gebildet werden. Beispielsweise kann die Struktur aus den Lichtextraktionselementen durch Strukturieren eines oberen Teils der Isolierschicht gebildet werden.
  • Die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp kann einen durch Mesaätzen der Halbleitschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und der aktiven Schicht freigelegten Bereich aufweisen, und das zweite Elektrodenfeld kann auf dem freigelegten Bereich der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp angeordnet werden. Die reflektierende Isolierschicht kann zwischen dem zweiten Elektrodenfeld und der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp angeordnet werden. Dementsprechend ist es möglich zu verhindern, dass Licht unnötigerweise unter dem zweiten Elektrodenfeld erzeugt wird.
  • Die reflektierende Isolierschicht kann wenigstens einen Teil der Seitenflächen der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und der aktiven Schicht, die durch Mesaätzen freigelegt worden sind, bedecken. Somit kann die reflektierende Isolierschicht das in der aktiven Schicht erzeugte Licht so reflektieren, dass es sich zum zweiten Elektrodenfeld durch die Mesaseitenflächen hin ausbreitet, wodurch ein durch das zweite Elektrodenfeld verursachter Lichtverlust vermieden wird.
  • Mittlerweile kann die LED weiterhin ein Verbindungsteil umfassen, um den oberen Fortsatz mit dem zweiten Elektrodenfeld zu verbinden, und das Verbindungsteil kann von der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp durch die Isolierschicht beabstandet sein. Zum Beispiel kann das Verbindungsteil durch die reflektierende Isolierschicht von den Mesaseitenwänden isoliert sein. Ferner kann das Verbindungsteil von einer Oberseite der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp (oder der transparenten Elektrodenschicht) durch eine weitere Isolierschicht isoliert sein.
  • In einigen Ausführungsformen können die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und die aktive Schicht unterteilt sein, um wenigstens zwei lichtemittierende Bereiche festzulegen, und die mit dem zweiten Elektrodenfeld verbundenen oberen Fortsätze können auf den entsprechenden wenigstens zwei lichtemittierenden Bereichen angeordnet sein.
  • Die lichtemittierende Anordnung wird in eine Vielzahl lichtemittierender Bereiche unterteilt, so dass es trotz eines an einer speziellen Stelle vorhandenen Defekts, wie zum Beispiel ein Pinhole oder eine Versetzungslinie, möglich ist, ein übermäßiges Ansammeln von Strom an dem Defekt zu verhindern. Somit kann Strom über einen großen Bereich hinweg gleichmäßig verteilt werden.
  • Die wenigstens zwei lichtemittierenden Bereiche können in Bezug auf eine gerade Linie, die die erste und zweite Elektrodenfläche durchquert, symmetrisch sein. Dementsprechend können die wenigstens zwei lichtemittierenden Bereiche dieselben Lichtemissionsmerkmale aufweisen.
  • Weiterhin kann die LED wenigstens einen mit dem ersten Elektrodenfeld verbundenen unteren Fortsatz umfassen. Überdies kann der wenigstens eine untere Fortsatz zwischen den wenigstens zwei lichtemittierenden Bereichen angeordnet sein.
  • [Vorteilhafte Wirkungen]
  • In einer herkömmlichen LED ist das zweite Elektrodenfeld auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet und mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden. Daher sammelt sich rings um das zweite Elektrodenfeld Strom an, so dass eine Stromausbreitung unterbrochen wird. Da das zweite Elektrodenfeld von der lichtemittierenden Anordnung durch die reflektierende Isolierschicht isoliert ist, ist es jedoch gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, ein Ansammeln von Strom in der Nähe des Elektrodenfelds zu verhindern. Desweiteren wird das zweite Elektrodenfeld in einem Bereich gebildet, in dem in der lichtemittierenden Anordnung die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und die aktive Schicht durch Mesaätzen entfernt worden sind, so dass es möglich zu verhindern, dass Licht unnötigerweise unter dem zweiten Elektrodenfeld erzeugt wird, wodurch die Lichtemissionseffizienz verbessert wird. Zusätzlich wird die lichtemittierende Anordnung in eine Vielzahl lichtemittierender Bereiche unterteilt, so dass übermäßiges Ansammeln von Strom an Kristalldefekten in den lichtemittierenden Bereichen vermieden wird und sich der Strom somit gleichmäßig ausbreitet. Weiterhin wird die Struktur aus Lichtextraktionselementen auf der lichtemittierenden Anordnung so angeordnet, dass die Lichtextraktionseffizienz noch weiter verbessert werden kann.
  • [Beschreibung der Zeichnungen]
  • 1 ist eine Draufsicht, die eine LED gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert;
  • 2a bis 2c sind Schnittzeichnungen entlang der Linien A-A, B-B beziehungsweise C-C aus 1;
  • 3 ist eine Schnittzeichnung einer LED gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die der Schnittzeichnung von 2c entlang der Linie C-C aus 1 entspricht;
  • 4 ist eine Draufsicht, die eine LED gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert; und
  • 5 ist eine Draufsicht, die eine LED gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • [Beste Ausführungsform]
  • Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die folgenden Ausführungsformen sind nur Erläuterung bereitgestellt, so dass ein Fachmann das Wesen der vorliegenden Erfindung vollständig verstehen kann. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auch auf andere Arten ausgeführt werden. In den Zeichnungen können die Breiten, Längen, Dicken und dergleichen für Elemente zur einfacheren Darstellung übertrieben sein. In der gesamten Beschreibung und den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszahlen die gleichen Elemente.
  • 1 ist eine Draufsicht, die eine LED gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert und die 2a bis 2c sind Schnittzeichnungen entlang der Linien A-A, B-B beziehungsweise C-C aus 1.
  • Bezugnehmend auf die 1 und 2a bis 2c umfasst die LED ein Substrat 21, eine lichtemittierende Anordnung mit lichtemittierenden Bereichen LE1 und LE2, eine reflektierende Isolierschicht 31, ein erstes Elektrodenfeld 35, ein zweites Elektrodenfeld 33 und obere Fortsätze 33a. Die LED kann weiterhin eine transparente Elektrodenschicht 29, eine Isolierschicht 32, Verbindungen 33b, einen ersten unteren Fortsatz 35a und einen zweiten unteren Fortsatz 35b umfassen. Die lichtemittierende Anordnung umfasst eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps 23, eine aktive Schicht 25 und eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27.
  • Das Substrat 21 kann ein strukturiertes Saphirsubstrat sein, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23 ist auf dem Substrat 21 angeordnet und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27 ist über der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23 angeordnet. Die aktive Schicht 25 ist zwischen den Halbleiterschichten vom ersten und zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet. Die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23, die aktive Schicht 25 und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27 können aus einem GaN-basierten Halbleitercompoundmaterial, das heißt (Al, In, Ga)N gebildet sein. Die Elemente in der Zusammensetzung der aktiven Schicht 25 und deren Verhältnis in der Zusammensetzung werden so festgelegt, dass Licht einer erwünschten Wellenlänge, beispielsweise ultraviolettes oder blaues Licht emittiert wird.
  • Die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23 kann eine Nitrid-Halbleiterschicht vom n-Typ sein und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27 kann eine Nitrid-Halbleiterschicht vom p-Typ oder umgekehrt sein.
  • Die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23 und/oder die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27 können so gebildet sein, dass sie einen einschichtigen Aufbau, wie in den Figuren gezeigt ist, oder einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen. Die aktive Schicht 25 kann eine Einfach-Quantentopfstruktur oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur aufweisen. Die Pufferschicht (nicht gezeigt) kann zwischen dem Substrat 21 und der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23 angeordnet sein. Die Halbleiterschichten 23, 25 und 27 können unter Verwendung metallorganisch chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) oder einer Molekularstrahlepitaxie-(MBE)Technik gebildet werden.
  • In der lichtemittierenden Anordnung können die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27 und die aktive Schicht 25 so unterteilt werden, dass wenigstens zwei lichtemittierende Bereiche LE1 und LE2 festgelegt sind. Die lichtemittierenden Bereiche LE1 und LE2 können so gebildet sein, dass sie einen symmetrischen Aufbau aufweisen und ein derartiges Verfahren zur Unterteilung kann durch ein Mesaätzverfahren durchgeführt werden. Die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23 wird in dem die Mitte der lichtemittierenden Anordnung durchquerenden Bereich durch das Mesaätzverfahren so freigelegt, dass die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27 und die aktive Schicht 25 in zwei Bereiche unterteilt werden können. Jede der durch das Mesaätzverfahren gebildeten Seitenflächen der lichtemittierenden Anordnung kann einen Neigungswinkel im Bereich von 30 bis 70 Grad in Bezug auf eine Fläche des Substrats 21 aufweisen.
  • Indes kann die transparente Elektrodenschicht 29 auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27 angeordnet sein. Die transparente Elektrodenschicht 29 kann aus Indiumzinnoxid (ITO) oder Ni/Au gebildet sein und ist in ohmschen Kontakt mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp. Strukturen der Lichtextraktionselemente LEE sind auf der transparenten Elektrodenschicht 29 angeordnet. Die Lichtextraktionselemente können zum Beispiel zylinderförmig mit einem Durchmesser von ungefähr 5 μm sein und mit einem Abstand von ungefähr 30 μm voneinander beabstandet sein. Breitet sich das in der aktiven Schicht 25 erzeugte Licht zur transparenten Elektrodenschicht 29 hin aus, können die Lichtextraktionselemente die Emission des Lichts durch Streuen oder Reflektieren fördern. Obwohl die Strukturen der Lichtextraktionselemente regelmäßig sein können, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das heißt, die Strukturen der Lichtextraktionselemente können unregelmäßig sein.
  • Die reflektierende Isolierschicht 31 ist auf der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23, die durch das Mesaätzverfahren freigelegt wurde, angeordnet. Die reflektierende Isolierschicht 31 ist auf einem Teilbereich der lichtemittierenden Anordnung angeordnet und bedeckt einen Teil der durch das Mesaätzen freigelegten Mesaseitenflächen. Die reflektierende Isolierschicht 31 kann durch abwechselndes Übereinanderschichten von Materialschichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes und deren anschließendem Strukturieren unter Verwendung von Fotolithographie und ein Ätzverfahren gebildet werden, und die Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes können zum Beispiel aus SiO2, Si3N4, TiO2 und Nb2O5 ausgewählt werden.
  • Die reflektierende Isolierschicht 31 kann nach dem Bilden der transparenten Elektrodenschicht 29 auf der lichtemittierenden Anordnung gebildet werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die reflektierende Isolierschicht 31 kann zum Beispiel zuerst gebildet werden und danach kann die transparente Elektrodenschicht 29 gebildet werden.
  • Indes kann die Isolierschicht 32 die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27 (oder die transparente Elektrodenschicht 29) der lichtemittierenden Anordnung bedecken. Die Isolierschicht 32 kann ebenfalls die Seitenflächen der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27 und der aktiven Schicht 25, die durch das Mesaätzverfahren freigelegt worden sind, bedecken. Weiterhin weist die Isolierschicht 32 Öffnungen 32a zum Freilegen der transparenten Elektrodenschicht 29 auf den entsprechenden lichtemittierenden Bereichen LE1 und LE2 auf. Die transparente Elektrodenschicht 29 (oder die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27) wird durch die Öffnungen 32a freigelegt. Für die Isolierschicht 32 gibt es keine besondere Einschränkung, solange sie aus einem transparenten Material hergestellt ist, durch das das in der aktiven Schicht 25 erzeugte Licht hindurchgeleitet werden kann. Die Isolierschicht kann zum Beispiel aus SiO2 gebildet werden.
  • Das erste Elektrodenfeld 35 und das zweite Elektrodenfeld 33 sind auf der durch das Mesaätzverfahren freigelegten Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp angeordnet. Das erste Elektrodenfeld 35 ist mit der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23 elektrisch verbunden. Indes ist das zweite Elektrodenfeld 33 von der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23 durch die Isolierschicht 31 isoliert. Das erste und zweite Elektrodenfeld 35 und 33 sind Kontaktfelder, an die Drähte angeschlossen werden und sie weisen eine relativ große Fläche zum Verbinden mit Drähten auf. Obwohl das erste und zweite Elektrodenfeld 35 und 33 auf den freigelegten Bereich der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23 beschränkt angeordnet werden können, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das heißt, das erste und zweite Elektrodenfeld können teilweise auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27 angeordnet werden.
  • Die reflektierende Isolierschicht 31 ist zwischen dem zweiten Elektrodenfeld 33 und der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23 zum Isolieren des zweiten Elektrodenfelds 33 von der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23 angeordnet. Desweiteren bedeckt die reflektierende Isolierschicht 31 einen Teil der Mesaseitenflächen, um zu verhindern, dass das zweite Elektrodenfeld 33 in Kontakt mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27 oder der aktiven Schicht 25 ist.
  • Indes sind die oberen Fortsätze 33a auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27 (oder der transparenten Elektrodenschicht 29) angeordnet. Die oberen Fortsätze 33a können mit dem zweiten Elektrodenfeld 33 durch die entsprechenden Verbindungsteile 33b verbunden werden. Die oberen Fortsätze 33a sind mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27 (oder der transparenten Elektrodenschicht 29) elektrisch verbunden. Die oberen Fortsätze 33a können mit der transparenten Elektrodenschicht 29 durch die entsprechenden Öffnungen 32a der Isolierschicht 32 verbunden werden. Die oberen Fortsätze 33a sind so angeordnet, dass sie eine gleichmäßige Verteilung des Stroms in der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23 gestatten. Indes sind die Verbindungsteile 33b von der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27 und der aktiven Schicht 25 durch die reflektierende Isolierschicht 31 und/oder die Isolierschicht 32 beabstandet.
  • Weiterhin kann sich wenigstens ein unterer Fortsatz 35a von dem ersten Elektrodenfeld 35 ausgehend erstrecken. Der untere Fortsatz 35a ist auf der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23 angeordnet und mit der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23 elektrisch verbunden. Obwohl der untere Fortsatz 35a zwischen den unterteilten lichtemittierenden Bereichen angeordnet sein kann, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das heißt, der untere Fortsatz kann außerhalb der lichtemittierenden Bereiche angeordnet sein, wie beispielsweise der untere Fortsatz 35b.
  • Die Elektrodenfelder 33 und 35, die oberen Fortsätze 33a, die Verbindungsteile 33b und die unteren Fortsätze 35a und 35b können zusammen auf demselben metallischen Material, zum Beispiel Cr/Au mit demselben Verfahren gebildet werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die oberen Fortsätze 33a und das Elektrodenfeld 33 können beispielsweise mit separaten Verfahren und aus voneinander verschiedenen Materialien gebildet werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind die unterteilten lichtemittierenden Bereiche in Bezug auf eine Linie, die das erste 35 mit dem zweiten Elektrodenfeld 33 verbindet, zum Beispiel B-B, symmetrisch. Die oberen Fortsätze 33a sind ebenfalls symmetrisch angeordnet, so dass die lichtemittierenden Bereiche dieselben lichtemittierenden Eigenschaften aufweisen. Im Vergleich zu zwei herkömmlichen LEDs, die normalerweise parallel miteinander verbunden sind, kann die zwei unterteilte lichtemittierende Bereiche aufweisende erfindungsgemäße LED zur Vereinfachung des Montageverfahrens einer LED verwendet werden. Überdies ermöglichen die unterteilten lichtemittierenden Bereiche, dass eine Ansammlung von Strom aufgrund eines Defekts verhindert wird. Außerdem werden die geneigten Seiten durch das Mesaätzverfahren gebildet, so dass die Lichtextraktionseffizient erhöht werden kann.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist das zweite Elektrodenfeld 33 auf der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23, die durch Mesätzen freigelegt worden ist, angeordnet und die reflektierende Isolierschicht 31 ist dazwischen angeordnet. Ein derartiger Aufbau verhindert Licht unter dem Elektrodenfeld 33 erzeugt wird, und gestattet, dass Licht in einem Bereich bis auf den Bereich, in dem das zweite Elektrodenfeld 33 ausgebildet ist, erzeugt wird, wobei der Strom effektiv genutzt wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann das Substrat durch weiteres Entfernen der durch das Mesaätzverfahren freigelegten Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 23 freigelegten Flächen freigelegt werden. Die reflektierende Isolierschicht 31 kann auf dem Substrat 21 gebildet werden und das zweite Elektrodenfeld 33 kann auf der reflektierenden Isolierschicht angeordnet werden. Alternativ dazu kann das zweite Elektrodenfeld 33 auf der reflektierenden Isolierschicht 31 so angeordnet werden, dass es zwischen dem zweiten Elektrodenfeld 33 und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 27 oder der transparenten Elektrodenschicht 27 angeordnet ist.
  • 3 ist eine Schnittzeichnung, die gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine LED erläutert, und die der Schnittzeichnung von 2c entlang der Linie C-C aus 1 entspricht.
  • Bezugnehmend auf 3 ist die LED gemäß der vorliegenden Ausführungsform nahezu gleich zu der vorher beschriebenen LED und daher werden nur die Unterschiede beschrieben, um ein Überschneiden zu vermeiden.
  • Im Falle der vorher unter Bezugnahme auf die 1 und 2a bis 2c beschriebenen LED ist die Struktur aus Lichtextraktionselementen LEE auf der transparenten Elektrodenschicht 29 angeordnet. Andererseits ist in der LED gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Struktur aus Lichtextraktionselementen LEE auf der Isolierschicht 32 angeordnet. Die Lichtextraktionselemente LEE können durch teilweises Strukturieren eines oberen Teils der Isolierschicht 32 gebildet werden oder sie können durch Bilden einer weiteren Materialschicht auf der Isolierschicht 32 und anschließendem Strukturieren der Materialschicht gebildet werden. Die Lichtextraktionselemente LEE können zum Beispiel zylinderförmig mit einem Durchmesser von 5 μm sein und voneinander mit einem Abstand von ungefähr 30 μm beabstandet sein.
  • 4 ist eine Draufsicht, die eine LED gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • In der Ausführungsform von 1 sind die ersten und zweiten Elektrodenfelder 35 und 33 entlang einer Hauptachse der LED angeordnet und die lichtemittierenden Bereiche sind entlang der Hauptachse der LED unterteilt. In der vorliegenden Ausführungsform sind jedoch die Elektrodenfelder 53 und 55 entlang einer Nebenachse der LED angeordnet und die lichtemittierenden Bereiche sind entlang der Nebenachse der LED unterteilt. Die unterteilten lichtemittierenden Bereich weisen einen symmetrischen Aufbau auf und die oberen und unteren Fortsätze 53a und 55a sind ebenfalls so angeordnet, dass sie zueinander symmetrisch sind.
  • Eine reflektierende Isolierschicht 51 ist unter dem zweiten Elektrodenfeld 53 angeordnet, wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, und eine Struktur aus Lichtextraktionselementen LEE ist auf einer transparenten Elektrodenschicht oder der Isolierschicht 52 angeordnet.
  • Im vorliegenden Fall sind die oberen Fortsätze 53a dergestalt angeordnet, so dass sie sich entlang einer Außenkante der LED erstrecken und sie umgeben. Außerdem weist jeder obere Fortsatz einen Fortsatz 53c auf, der sich von der Außenkante der LED in ihr Inneres erstreckt. Indes erstrecken sich die unteren Fortsätze 55a vom Inneren der LED nach außen hin. Jeder der unteren Fortsätze 55a kann in zwei Zweige unterteilt werden, die in jedem lichtemittierenden Bereich die Fortsätze 53c umgeben.
  • Die oberen Fortsätze 55a sind mit dem zweiten Elektrodenfeld 53 über Verbindungsteile 53b verbunden.
  • 5 ist eine Draufsicht, die eine LED gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Bezugnehmend auf 5 ist die LED gemäß der vorliegenden Ausführungsform nahezu gleich zu der unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen LED. Jedoch unterscheiden sie sich in der Anordnung der oberen und unteren Fortsätze 65a und 63a.
  • Das heißt, die unteren Fortsätze 65a erstrecken sich zuerst entlang einer Außenkante der LED und dann in das Innere der lichtemittierenden Bereiche. Jeder der oberen Fortsätze 63a weist zwei Fortsätze in jedem lichtemittierenden Bereich auf, wobei die zwei Fortsätze so angeordnet sind, dass sie den unteren Fortsatz 65a umgeben, der sich ins Innere des lichtemittierenden Bereichs erstreckt.
  • Einige der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind vorstehend beschrieben worden. Jedoch kann die Anordnung der Elektrodenfelder und der Fortsätze verschieden modifiziert und geändert werden. Obwohl die in zwei lichtemittierende Bereiche unterteilte LED als ein Beispiel beschrieben worden ist, kann sie in eine größere Anzahl lichtemittierender Bereiche unterteilt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6650018 [0005]

Claims (17)

  1. Lichtemittierende Diode (LED) umfassend: ein Substrat; eine auf dem Substrat angeordnete lichtemittierende Anordnung, wobei die lichtemittierende Anordnung eine Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, eine aktive Schicht und eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist; ein mit der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbundenes erstes Elektrodenfeld, ein über dem Substrat angeordnetes zweites Elektrodenfeld; eine reflektierende Isolierschicht, die einen Teil des lichtemittierenden Aufbaus bedeckt und unter dem zweiten Elektrodenfeld so angeordnet ist, dass das zweite Elektrodenfeld von der lichtemittierenden Anordnung beabstandet ist; wenigstens einen oberen Fortsatz, der mit dem zweiten Elektrodenfeld so verbunden ist, dass er mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden ist; und eine Struktur aus Lichtextraktionselementen, die auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist.
  2. LED nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp eine Nitrid-Halbleiterschicht vom n-Typ ist und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp eine Nitrid-Halbleiterschicht vom p-Typ ist.
  3. LED nach Anspruch 2, die weiterhin eine auf der Nitrid-Halbleiterschicht vom n-Typ angeordnete transparente Elektrodenschicht umfasst, wobei der obere Fortsatz mit der transparenten Elektrodenschicht verbunden ist.
  4. LED nach Anspruch 3, wobei die Struktur aus Lichtextraktionselementen auf der transparenten Elektrodenschicht ausgebildet ist.
  5. LED nach Anspruch 3, die weiterhin eine die transparente Elektrodenschicht bedeckende Isolierschicht umfasst, wobei die Isolierschicht Öffnungen zum Freilegen der transparenten Elektrodenschicht aufweist und der obere Fortsatz mit der transparenten Elektrodenschicht durch die Öffnung hindurch verbunden ist.
  6. LED nach Anspruch 5, wobei die Öffnung so angeordnet ist, dass sie von dem zweiten Elektrodenfeld beabstandet ist.
  7. LED nach Anspruch 5, wobei die Struktur aus Lichtextraktionselementen auf der Isolierschicht ausgebildet ist.
  8. LED nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp einen durch Mesaätzen der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und der aktiven Schicht freigelegten Bereich aufweist, das zweite Elektrodenfeld auf dem freigelegten Bereich der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist, und die reflektierende Isolierschicht zwischen dem zweiten Elektrodenfeld und der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist.
  9. LED nach Anspruch 8, wobei die reflektierende Isolierschicht wenigstens einen Teil der Seitenflächen der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und der aktiven Schicht, die durch Mesaätzen freigelegt sind, bedeckt.
  10. LED nach Anspruch 8, die weiterhin ein Verbindungsteil zum Verbinden des oberen Fortsatzes mit dem zweiten Elektrodenfeld umfasst, wobei das Verbindungsteil von der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp durch die Isolierschicht beabstandet ist.
  11. LED nach Anspruch 1, die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und die aktive Schicht zum Festlegen von wenigstens zwei lichtemittierenden Bereichen unterteilt sind, und die mit dem zweiten Elektrodenfeld verbundenen oberen Fortsätze auf den wenigstens zwei lichtemittierenden Bereichen entsprechend angeordnet sind
  12. LED nach Anspruch 11, wobei die wenigstens zwei lichtemittierenden Bereiche in Bezug auf eine gerade, das erste und zweite Elektrodenfeld durchquerende Linie zueinander symmetrisch sind.
  13. LED nach Anspruch 11, weiterhin umfassend wenigstens einen mit dem ersten Elektrodenfeld verbundenen unteren Fortsatz, wobei der wenigstens eine untere Fortsatz zwischen den wenigstens zwei lichtemittierenden Bereichen angeordnet ist.
  14. LED nach Anspruch 11, weiterhin umfassend transparente Elektrodenschichten, die auf den Halbleiterschichten vom zweiten Leitfähigkeitstyp in den lichtemittierenden Bereichen entsprechend angeordnet sind, wobei die mit dem zweiten Elektrodenfeld verbundenen oberen Fortsätze mit den entsprechenden transparenten Elektrodenschichten verbunden sind.
  15. LED nach Anspruch 14, wobei die Struktur aus Lichtextraktionselementen auf den transparenten Elektrodenschichten ausgebildet ist.
  16. LED nach Anspruch 14, weiterhin umfassend eine die transparenten Elektrodenschichten bedeckende Isolierschicht, wobei die Isolierschicht Öffnungen zum Freilegen der transparenten Elektrodenschichten aufweist und die oberen Fortsätze mit den transparenten Elektrodenschichten durch die Öffnungen hindurch entsprechend verbunden sind.
  17. LED nach Anspruch 16, wobei die Struktur aus Lichtextraktionselementen auf der Isolierschicht ausgebildet ist.
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