JP2000164930A - 発光デバイスのための電極構造 - Google Patents
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Abstract
積について発光領域における平均光強度を増大させるこ
とが可能な改善された電極構造を有する発光デバイスを
提供すること。 【解決手段】 p形層及びn形層を有するヘテロ接合を
備えた発光デバイス。n電極がn形層に電気的に接続さ
れ、p電極がp形層に電気的に接続される。該p電極及
びn電極は、均一な光強度を有する領域を形成するよう
配置される。
Description
野に関し、特に、これらデバイスの発光の均一性及び面
積効率の改善に関する。
N発光デバイス(LED)は、例えば、サファイアのよう
な絶縁基板上に成長させたものである。電極及びその接
続パッドは、通常はデバイスのAlInGaN半導体層の上部
に配置される。
又はウェッジ)、ハンダ付け、又は導電性接着剤による
取り付けによって接続パッドに結合された外部端子を介
してLEDに電流が送り込まれる。p電極及びn電極
が、それぞれの半導体層に電流を注入し拡散させる。電
流がp−n接合部を横切って順方向に流れ、これにより
該p−n接合部で少数キャリヤの再結合が生じた際に、
光が発生する。典型的な動作条件下でデバイスから放出
される光の強度Iは、電流密度J、即ち単位面積当たり
の電流に比例する。所与の電流密度Jについて、p−n
接合部の面積が大きいほど、LEDにより生成される光
強度Iも増すことになる。
導体層よりもはるかに抵抗が大きいものである。その結
果として、p電極から注入される電流が、p形半導体内
で側方に拡散することはなく、またp電極から側方へ離
れて拡散することはない。電流は、p電極から、p−n
接合を横切る最短経路(即ち通常は垂直方向)に沿っ
て、n形半導体層まで流れる。次いで、電流は、n形半
導体層内で側方に拡散してn電極に到達する。
n接続の可能な限り多くの部分を横切って流れなければ
ならない。従って、電流は、p形の表面の可能な限り大
きな部分にわたって側方に広がらなければならない。側
方への電流の広がりは、p形表面の大部分をp電極で覆
うことにより改善することが可能である。このため、p
電極は、接続パッドにより全体に又は部分的に覆われ
る。
ように導電しており、また機械的な機能性を満たす厚さ
を有していなければならない。結果として、接続パッド
は、通常は金属である。必要な厚さを有する金属接続パ
ッドは不透明である。ITO(インジウムスズ酸化物)
等の透明な導電性酸化物からなるボンディングパッドも
また利用されたが、これは一般的なものではない。
ス内で生成された光をp層を介して抽出する。これらの
デバイスは、複合p電極(例えば、p表面の大部分を覆
う電流拡散のための薄い半透明材料等)と、この薄いp
電極を可能な限り僅かな部分しか覆わないが市販製品と
しての信頼できる接続を可能にする厚い不透明な接続パ
ッドとを備えている。p形の表面積を最大限にするため
にn電極もまた小さく作製される。p−n接合部で生成
された放出光の大部分は、半透明p電極のうち接続パッ
ドにより遮蔽されていない部分を通ってデバイスから漏
出する。
第5,563,422号における教示によれば、n接続パッド及
びp接続パッドは、図1に示すようにデバイスの隅部に
正反対の方向で対置させ又は配置すべきである。p接続
パッドに隣接したp電極の領域からn層まで垂直方向下
方に流れる電流は、p−n接合を垂直方向に通過した
後、n形半導体層中をかなり長い水平距離にわたって横
断してn電極に到達しなければならない。一方、n接続
パッドに隣接したp電極の領域からn層まで垂直方向下
方に流れる電流は、n形半導体層を僅かな水平距離にわ
たって横断してn電極に到達すればよい。該距離が長く
なると、前者の電流経路に対してn形層中でかなりの量
の直列抵抗が追加され、その結果として、n接触部のま
わりで薄いp電極の縁部に電流が押し寄せることにな
る。2つの接続パッド間の最も直接的な電流経路は、他
の如何なる経路(デバイスの縁部に続く経路等)よりも
強く偏重されるので、電流が該接続パッド間に押し寄せ
ることになる。電流密度の不均一性は、平均電流密度が
高くなるにつれて大きくなる。これは、n形半導体層に
おける抵抗性電圧降下が増大するからである。この電流
密度の不均一性は、図2に示すように、それに対応する
光強度の不均一性を生じさせるものとなる。電流密度の
不均一性の度合いは、最大局所電流密度Jmaxと平均電
流密度Javeとの比rによって示される。この比は、最
大局所光強度Imaxと平均光強度Iaveとの比Rを測定す
ることにより概算することが可能である。これは、第1
近似に関して光強度が電流密度に比例するからである。
かかる測定は、光学装置を利用して、バイアスされたL
EDのイメージングを近視野条件(near field conditio
n)で行うことにより、一般に行われる。図2から分かる
ように比Rは極めて高いものとなる。
Dの寸法が大きい場合には、電流密度の不均一性は、L
EDの光学的及び電気的性能の劣化に通じるものとな
る。AlInGaN LEDは、その発光のメカニズムに起因し
て、平均電流密度が高くなるにつれて発光効率が低下す
るという特性を示す。このため、電流密度が不均一であ
る場合には、総合的な光学的効率の低い動作領域が生じ
ることになる。更に、発光効率の不可逆的な劣化は、電
流密度が高くなるにつれて増大するので、電流密度が不
均一であれば、全体的な劣化速度が速まることになる
(これは商業的な重要性を低劣化速度に依存する市販の
LEDにとって重大な関心事である)。
起因して、発光材料としての基板領域の利用効率が悪化
するという点である。所与の平均電流密度Jについて、
p−n接合領域が大きいほど、LEDにより生成される
平均光強度Iも高くなる。
する発光デバイスは活性領域を備えている。該活性領
域、例えばヘテロ接合は、p形層及びn形層を備えてい
る。n電極は、n形層に電気的に接続されており、一
方、p電極は、p形層に電気的に接続されている。p電
極及びn電極は、動作中に均一な電流密度を提供し及び
デバイス領域のうち発光に利用される部分を最適化する
ように、成形され配置される。最大局所電流密度Jmax
と平均電流密度Javeとの比が、3未満、好適には1.5〜
2未満になると、均一な電流密度に達する。均一な電流
密度は、発光領域における最大局所光強度Imaxと平均
光強度Iaveとの比によって測定される。
を別々に又は組み合わせて変更することにより実現され
る。その要素は、デバイスの形状、電極の形状、及び電
極の位置である。デバイスは、球形若しくは半球形とす
ることが可能であり、又は、多角形、円形、楕円形、若
しくは長円形の断面積を有するむくの柱状体とすること
が可能である。各電極は、多角形又は円形等の丸い形状
に形成することが可能である。代替的に、2つの電極の
うちの少なくとも一方を区分化して均一な電流密度を有
する領域を複数形成することも可能である。電極間の平
均距離は、n電極及びp電極の長さ未満であることが好
ましい。
を改善するものとなる。該面積利用率Aは、発光p−n
接合部の面積とデバイスの総面積Atotとの比として定
義される。従って、該改善された電極構造により、所与
の平均電流密度Jave及び所与のデバイス断面積につい
て、発光領域における平均光強度Iaveを増大させるこ
とが可能となる。
の表面(上部又は背面)の「面積利用率」は、p−n接
合部(即ち発光領域)(の面積?)と基板の総面積との
比Aであると定義する。所与の平均電流密度について及
び所与の基板面積の値について、発光強度は、前記比A
に比例して増大する。製造コストが主としてLEDの基
板面積に比例するため、面積利用率Aを最大限にするの
が有利である。
1つの表面につき1つの接続パッドしか有していない)
は、面積利用率の典型的な値A=〜1.0を備えている。
従来のAlInGaN LED、例えば、同一表面上に両方の接
続パッドが存在するAlInGaNLEDは、A=0.25〜0.50
という範囲の面積利用率値を有している。製造上の制約
により、接続パッドのサイズは、例えば、0.075×10-3
〜0.2×10-3cm2に限定されてしまう。一表面上に所与の
複数の接続パッドが設けられている場合には、Atotが
大きいほど、それに対応するAも大きくなる。同一範囲
のAtotについて(即ち、Atotの拡大に伴う製造コスト
の増大を被ることなく)、AlInGaNデバイスに関する面
積利用率Aが、先行技術により得られるよりも高くなる
ようにすることが望ましい。
を個々に又は組み合わせて変更することにより実現され
る。その要素は、基板の形状、電極の形状、及び電極の
位置である。基板は、球形、半球形、又は(例えば、矩
形、平方四辺形、六角形、若しくは三角形といった多角
形又は円形及び楕円形を含むグループから選択された断
面積を有する)むくの柱状体とすることが可能である。
各電極は、(例えば、矩形、平行四辺形、三角形等の)
多角形、互いに組み合わせた指状体、又は(例えば、円
形、長円形、角が丸められた正方形等の)丸みのある形
状のものとして形成することが可能である。代替的に、
2つの電極の少なくとも一方を区分化して、電流密度の
均一な複数の領域を形成することも可能である。電極間
の平均距離は、n電極とp電極の長さより短いことが好
ましい。
体材料は、均一な抵抗率p、幅W、及び厚さtを有して
いるものとする。シート抵抗R□は、p/tと定義され
る。電流は、2つの矩形電極から材料中へと注入され
る。電極は、幅w及び長さlを有している。電極は幅s
(s≦(L−2l))だけ隔てられている。電流の流れ
は均一である。何れかの電極の内側輪郭に沿った任意の
ポイントに関して、最短距離sが一定に保たれる場合に
は、一層複雑な形状で上記と同様の流れの均一性を達成
することが可能である。2つの電極間における電流の流
れに対する抵抗Rは、次のように表すことができる: R=R□s/w ……(1) 該式1において、全抵抗Rは、シート抵抗R□と電極の
形状寸法(s,w)とによって決まる。全抵抗Rは、距
離sを最短化し、幅wを最長化すると、最小限になる。
p接触から注入される正孔と再結合する前に電子がn形
半導体中を水平方向に横断する距離が一層短くなる。本
発明によれば、キャリヤが横断する距離が短縮され、該
距離が電極全体にわたり同一になる。この距離の短縮に
より、デバイスの直列抵抗が低減され、総合的な電気特
性が改善される一方、該距離をほぼ一定に保つことによ
り、局所電流密度が均一になる。電極は、互いに可能な
限り接近して配置すべきである。これらの電極は、デバ
イスの縁部の大部分を覆うことが好ましく、また該電極
間の距離は、電流を均一に広げるために可能な限り均一
にすべきであり、これにより、後述するように、電気的
な挙動、発光上の挙動、及び信頼性のある挙動に関して
利点が得られることになる。
導電層である。単純電極(simple electrode)は、動作時
の等電位表面であり、例えば、その電圧は、その表面の
どのポイントにおいても同じになる。デバイスによって
は複合電極を必要とするものがある。複合電極(compoun
d electrode)は、電流を拡散させて光を抽出するために
極めて薄い(例えば0.2μm以下の)半透明の更なる導電
層(典型的には、高抵抗率のpドープ層及び一層厚い電
極又はp接続パッドに電気的に接続される)を含むこと
が可能なものである。該薄い導電層も電極であるが、等
電位表面でない場合が多く、例えば、高い抵抗率を有
し、その表面上の幾つかのポイント間でかなりの電圧の
差が生じるものとなる。
る。LED10は、随意選択の基板(図示せず)上に活性
領域12を備えている。活性領域12、例えばヘテロ接合部
は、p形半導体層12a及びn形半導体層12bを有してい
る。p電極14a及びn電極14bは、それぞれ対応する半導
体層に電気的に接続されている。p電極14a及びn電極1
4bは、動作時に均一な電流密度を提供するように成形及
び配置されている。太線は、それら2つの電極の内側輪
郭を強調したものである。該デバイス構造は、随意選択
の基板、活性領域、及び電極を備えている。最大局所光
強度Imaxと平均光強度Iaveとの比が3未満(好適には
1.5〜2未満)である場合に、均一な電流密度が得られ
る。
ける電極の内側輪郭間の最短距離が、該電極の内側輪郭
間の平均距離の+35%〜150%以内であることが望まし
い。また、複合電極の場合には、任意のポイントにおけ
る接続パッドの内側輪郭間の最短距離が、該接続パッド
の内側輪郭間の平均距離の±35%以内であり、及び任意
のポイントにおける電極間の最短距離が、該電極間の平
均距離の+35%〜150%以内であることが望ましい。
れた。平均的な人間の目は、その光受容体が光強度によ
って飽和しないものと仮定した場合、光強度の変動が3
倍にわたると、可視光の強度差を容易に識別する。識別
力のある目であれば、2倍の光強度の変動でも可視光の
強度差を識別することができる。該変動が1.5未満にな
ると、人間の目は光強度の差を識別することができな
い。図2(先行技術)には、光の均一性に関する強度比
(light uniformity intensity ratio)(以下、光強度比
と称す)が3を超える場合が示されているが、後続の図
には、光強度比が3未満の場合が例示されており、その
ほとんどの場合が1.5未満である。
は、電極の最短長は、該電極が配置されているデバイス
側部の長さの75%である。接続パッドの内側輪郭間の距
離の最大偏差は±35%である。p電極及びn電極の内側
輪郭間の平均距離sからの最大偏差は±20%である。そ
の結果として、図3〜図8Hに示す実施態様のサブセッ
トに従って作製されたデバイスには、平均電流密度が50
A/cm2である場合に、2を超える光強度比を示すもの
はなかった。
いる。デバイスは、多角形の断面積を有するむくの柱状
体である。p電極及びn電極は、該多角形の少なくとも
2辺の長さの少なくとも65%の長さを有している。長円
形デバイスの場合には、2つの電極の少なくとも一方
は、該デバイスの周辺長の25%以上の長さを有する。電
極は、単純電極及び複合電極の何れにすることも可能で
ある。電極の内周辺は、互いに平行であることが好まし
い。前記多角形は、正方形、六角形、八角形、矩形、又
は、平行四辺形であることが好ましい。
均一な電流が流れ、これにより最悪の場合でも光強度比
が3未満になることを確実にするために、65%の性能指
数が選択された。これと同様の理由で、複合電極の接続
パッド間の平均距離からの偏差に関して±35%の性能指
数が選択された。
施態様が示されている。該複合電極の接続パッドは、例
えばボールボンディング又はウェッジボンディング等の
ワイヤボンディング、ハンダ付け、又は導電媒体による
取り付けに適している。電極は、接続パッド間の発光領
域のサイズを増大させるために、接続パッド領域から離
れるにつれてテーパーがつけられている。図5Bに示す
実施態様の場合、電極の内周の長さは、電極間の平均距
離よりも長い。この構造によって、デバイスの電気抵抗
が小さくなる。
イアスされた場合における図5A及び図5Bに示すLE
Dの近視野光学顕微鏡写真を例示したものである。デバ
イスの発光領域にわたって均一な強度が存在する。図2
とは異なり、2つの電極間のギャップ近くに押し寄せる
電流は認められず、薄い電極で覆われた領域における光
強度の差も認められない。
すLEDに関するI−V曲線を比較したものである。図
1は、「従来のLED」に対応している。図5Aは、
「実施態様1」に対応し、図5Bは、「実施態様2」に
対応している。2つのAlInGaNウェハが半分に分割され
ている。一方の組をなす半ウェハは、図1によるデバイ
スに従って製作され、もう一方の組をなす半ウェハは、
図5A及び図5Bに示すデバイスに従って製作された。
それらの各デバイスは、例えば、約1.2×10-3といった
同じ総断面積を有している。ウェハ分割の両側におい
て、互いに可能な限り近接するように選択されたデバイ
スに関して典型的なI−V曲線が示されている。y軸に
は、駆動電流Ifを示し、x軸は、駆動電圧Vfを示して
いる。大電流時における曲線の勾配は、デバイスの直列
抵抗にほぼ反比例する。図7には、図5A及び図5Bに
よるAlInGaN LEDの直列抵抗の低減が示されてい
る。これらのデバイスは、従来のチップ(RS=21.3
Ω)よりもおよそ10%(「実施態様1」の場合、RS=1
9.9Ω)〜20%(「実施態様2」の場合、RS=17.3Ω)
低い直列抵抗を有しており、他の全ての成長及び製作パ
ラメータは等しいものである。この直列抵抗の改善によ
り、駆動電流が50mAの場合に動作電圧に0.2〜0.3Vの
利得が得られ、図5A及び図5Bによるデバイスの場
合、その電流で、20mAで駆動される図1の先行技術に
よるデバイスの平均電圧に匹敵する平均電圧が生じる。
電極の離隔距離が該電極の長さよりも遙かに短いため、
「実施態様2」の一層良好な電気性能が期待される。駆
動電流が増大すると、RSの低減による駆動電圧の改善
は更に劇的なものとなる。また、駆動電流が減少する
と、RSによる影響は小さくなるが、局所電流密度の均
一性によって、Vfの改善が依然として認められる。図
5A及び図5Bのデバイスの場合には20mAの駆動電流
で3.25Vの順方向電圧が測定されたが、図1のデバイス
の場合には3.4Vが測定された。
た同様のもう1組の実験では、同様の1組のデータ及び
結論が得られた。図5A、図5B、及び図1に示すデバ
イスについては、それぞれ、20mAの順方向駆動電流
で、3.05V、2.85V、及び3.35Vの平均値が得られた。
また、図5A、図5B、及び図1に示すデバイスについ
て、それぞれ、50mAの順方向駆動電流で、3.65V、3.3
5V、及び4.15Vの平均値が得られた。
tot=1.2×10-3cm2)の場合には60%であると算出
される。これは、同様のAtot値に関して25〜50%の面
積利用率Aを一般に呈する、図1に示す幾何学形状で製
造されたデバイスに対する改善である。図5A及び図5
Bに示すデバイスは、大量生産に適した標準的な半導体
作製技術で製造される。面積利用率Aは、幅を狭くした
テーパ状のアームを形成し、接続パッドの領域を縮小
し、及び一層厳しい公差を用いることにより、改善する
ことが可能である。図5A及び図5Bに示す実施態様
は、ワイヤボンディングを施したデバイスとして示され
ているが、デバイスは、フリップチップ構成で製造する
ことも可能である。
している。電極は、単純電極又は複合電極とすることが
可能である。各実施態様とも、デバイスの断面積により
電流密度が制御される。図8Aの場合、断面は平行四辺
形である。図8Bの場合には、断面は、例えば、楕円
形、円形、又は球形といった丸い形状である。図8Cの
場合には、断面は六角形である。図8Dの場合には、断
面は不規則な多角形である。図8Eの場合には、断面は
テーパがつけられた接続パッドを備えた平行四辺形であ
る。これら図8A〜8Eの場合、電極の内側輪郭は、互
いに平行であるが、デバイスの断面積の側部に対して必
ずしも平行であるとは限らない。
少なくとも1つの複合電極を備えている。該複合電極の
接続パッドは六角形の角の近くに配置される。図8G
は、図8Fに示すデバイスの代替実施態様を示してい
る。その断面は、7つ又は8つ以上の辺を有する多角
形、又は、随意選択的に楕円形又は円形とすることが可
能である。図8Hは、図8Fに示すデバイスの代替実施
態様を示している。その断面は、5つまたは4つ以下の
辺を有する多角形である。図8F〜8Hの場合、内側電
極は、互いにほぼ平行であるが、断面積の側部に対して
平行ではない。
度均一性比及びそれに伴う光強度均一性比並びに2×10
-3cm2未満の総断面積について50%以上の面積利用率を
生じさせる実施態様を示している。断面積が1×10-3cm
2以上である場合、以下で提示する実施態様は、一層低
い均一性比及び一層高い面積利用率を生じさせるものと
なる。
り、基板周囲の3つの辺を包囲し、及びn形半導体層に
接続された、複合電極を有している、断面が矩形で寸法
が0.3×0.4mm2である基板を備えた実施態様が示されて
いる。このn電極は、2つの外側アーム、N個(N≧
0)の内側アーム、及び前記2つの外側アームと前記N
個の内側アームとを接続するクロスビームとを備えた、
外側又は包囲電極である。外側アームの突出部は、発光
領域の少なくとも75%(好適には100%)を包囲する。
p形半導体層には第2の複合電極が接続されている。該
複合電極は、発光領域の大部分にわたって電流を拡散さ
せるための半透明金属層と接続パッドとから構成されて
いる。この実施態様における接続パッドは、直径約0.1m
mのワイヤボンディングを施すことが可能なものであ
る。発光領域は、外側アームの突出部内に完全に包囲さ
れている。
一性が向上し、デバイスの直列抵抗が小さくなる。図1
0は、図9のLEDの断面図を示している。外側電極の
アームによって電流の流れる2つの独立した経路が提供
されるため、平均電流密度が有効に低下することによ
り、電流の均一性が改善される。更に、電流がn形半導
体層内を側方に移動しなければならない平均距離は、発
光デバイスの直列抵抗の低減に通じるものとなる。図1
1は、図9に示すデバイスと図1に示す先行技術による
デバイスとのI−V曲線を比較したものである。図9の
デバイスは、デバイスに順方向に20mAを注入するのに
必要な電圧として定義される動作電圧の低下、及びI−
V曲線の勾配関係により明示される直列抵抗の大幅な低
減を呈するものとなる。順方向電圧及び直列抵抗の値
は、図9のデバイスの場合には、2.86V及び9.6Ωであ
り、図1に従って作製されたデバイスの場合には、3.19
V及び21.6Ωである。電流密度の均一性の改善は、図1
2A及び図12Bで立証されている。同図は、50mA及
び200mAに順バイアスされた場合における図9のLED
の近視野光学顕微鏡写真を示すものである。これらの図
には、図1のデバイスに関する図2に示された同様の顕
微鏡写真とは対照的に、識別可能な発光強度の不均一性
が示されていない。
55%であると算出され、図1のデバイスと比較してかな
り改善されている。図9に示すデバイスは、大量生産に
適した標準的な半導体作製技術により製造される。面積
利用率は、より幅の狭いアームを形成し、及びより厳し
い公差を用いることにより、大幅に改善することが可能
である。図9の実施態様はワイヤボンディングを施した
デバイスとして示されているが、LEDはフリップチッ
プ構成で製造することが可能である。本発明の目的のた
め、アームは、任意の形状の単一電極又は複数の接続さ
れた電極であると考えることができる。
mm2の基板を有する本発明の代替的な実施態様を示すも
のであり、該基板は、その周囲の三辺を包囲してn形半
導体層に接続されると共に2つの接続パッドを有する第
1の複合電極を備えている。第2の複合電極は、p形半
導体層に接続されている。該第2の複合電極は、発光領
域の大部分にわたって電流を拡散させるための半透明な
金属層と、2つの接続パッドとから構成される。該接続
パッドは、ワイヤボンディングを意図したものであり、
ほぼ0.1mmの直径を有している。複数の接続パッドが、
冗長性のため及び大きな動作電流での動作のために両電
極に接続される。発光領域は、外側電極のアームの突出
部内に完全に包囲されている。この外側包囲電極は、電
流密度の均一性を改善し、LEDの直列抵抗を低減させ
る働きをする。
示している。外側電極のアームによって、電流の流れる
2つの独立した経路が得られるため、平均電流密度が有
効に低下することにより電流の均一性が改善される。電
流がn形半導体層内を側方に移動しなければならない平
均距離の短縮によってLEDの直列抵抗が低減する。ま
た複数の平行アームによって追加の経路が形成され、こ
れによりLEDの直列抵抗が更に低減する。
動作電圧及び1.2Ωの直列抵抗を呈する、図13に示す
デバイスに関するI−V関係を示すグラフである。電流
密度の均一性は、500mAの順方向電流で動作する発光領
域の一部に関する近視野光学顕微鏡写真である図16に
おいて立証される。〜70A/cm2の電流密度に対応する
この電流での発光において認識可能な強度の不均一性が
存在しないことは明らかである。
積利用率は、計算すると74%になる。該デバイスは、大
量生産に適した標準的な半導体製造技術によって製造さ
れる。面積利用率は、一層幅の狭いアームを形成し、及
び一層厳しい公差を用いることにより、大幅に改善する
ことが可能である。図13に示した実施態様は、ワイヤ
ボンディングが施されたデバイスとして示されている
が、LEDはフリップチップ構成で製造することが可能
である。
は、特定の基板サイズ及び形状について示されたもので
あるが、容易なプロセス及び設計上の考慮事項を用い
て、現在の製造能力に合わせて広範なLEDを作製する
ことも可能である。図17A及び図17Bには本発明の
代替的な実施態様が示されている。
全に包囲してn形半導体層に接続された第1の複合電極
を有する本発明によるデバイスを示している。該n電極
は、外側電極又は完全包囲電極と呼ばれ、単一の接続パ
ッドを含んでいる。また第2の複合電極はp形半導体層
に接続されている。該p電極は、発光領域の大部分にわ
たり電流を拡散させるための半透明の金属層と単一の接
続パッドとから構成される。該実施態様における接続パ
ッドは、ボンディングワイヤを意図したものであり、0.
1mmの直径を有している。発光領域は、外側電極内に完
全に包囲されている。他の実施態様では、複数の接続パ
ッドを備えることも可能である。
一性が改善され、LEDの直列抵抗が低減する。図19
は、4つの異なる基板サイズについて図1及び図18の
デバイスのI−V関係を示すグラフである。基板サイズ
は、0.35×0.35mm2、0.50×0.50mm2、0.70×0.70mm2、
及び0.85×0.85mm2である。図18のデバイスは、全
て、20mAを超える全ての電流で動作電圧の低下を示
し、図1に示す幾何学形状で製造された同じサイズのデ
バイスよりも大幅に小さい直列抵抗を示す。200mAでの
順方向電圧の値及び直列抵抗の値は、0.85×0.85mm2の
基板による図18のデバイスの場合には、4.0V及び3.6
Ωとなり、それと同じ寸法を有する図1のデバイスの場
合には、5.5V及び10Ωとなる。
限の基板サイズを有するデバイスの電流密度の均一性及
び光出力が改善される。図20は、4つの基板サイズに
ついて図1及び図18のデバイスに関する光出力−電流
関係(P−I)を示したものである。全てのデバイス
は、同じタイプのエポキシパッケージにカプセル化され
た。150mAを超えたとき、図18の最大大きさのデバイ
ス及びその次に大きなサイズのデバイスは、それらと同
じ大きさの図1の2つのデバイスを明らかに超える光出
力を発する。この光出力の増大は、図1のデバイスと比
較して改善された図18に示すデバイスの電流密度の均
一性によるものである。図21A〜21Cは、本発明の
代替的な実施態様を示している。本発明の目的のため、
突出部は、任意の形状を有する単一の電極又は複数の接
続された電極と考えることができる。
れた複数の複合電極を備えた本発明の代替実施態様を示
している。各複合電極は、均一な電流拡散を改善するた
めのアームと、それに取り付けられた接続パッドとを備
えている。この複数のn電極は、区分化された外側電極
と呼ばれている。第2の複合電極はp形半導体層に接続
されている。該第2の複合電極は、大部分の発光領域に
電流を拡散させる半透明の金属層と、単一の接続パッド
とから構成されている。該接続パッドは、ワイヤボンデ
ィングを施すことが可能なものであり、0.1mmの直径を
有している。発光領域は、外側電極の突出部内に完全に
包囲されている。区分化された外側電極によって、LE
Dの光学的な効率を低下させる不透明材料を最小限にす
ると共に、最適な電流拡散が得られる。
独立した発光領域を有する本発明の代替実施態様を示す
ものであり、該発光領域は、広範なI−V関係を提供す
るように様々な態様で電気的に接続される。接続用の金
属被覆(connecting metalization)は、多段製造(multip
le level fabrication)技術によって製造することが可
能である。その幾何学形状により、同じウェハ製造プロ
セスを利用して、任意の増分単位面積(incremental uni
t area)でデバイスを実現することが可能になる。
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 1.発光デバイスであって、デバイス構造体と、p形半
導体層及びn形半導体層を含む前記デバイス構造内のヘ
テロ接合(12)と、一方が前記p形半導体層に電気的に接
続され、他方が前記n形半導体層に電気的に接続され
た、2つの電極(14a、14b)とを備えており、任意の点に
おける前記電極の内側輪郭間の最短距離が、該電極間の
距離の平均の+35%〜+150%内で変動し、前記2つの
電極のうちの少なくとも一方の長さが、該発光デバイス
の1つの側部の長さの65%以上であり、少なくとも1つ
の領域の光の均一性に関する光強度比が、30A/cm2以上
の平均電流密度において3.0未満であり、該光の均一性
に関する光強度比が、最大局所光強度Imaxと平均光強
度Iaveとの比として規定されるものである、発光デバ
イス。 2.前記デバイス構造体が、断面を有するむくの柱状体
であり、前記2つの電極の長さが、前記断面の1つの側
部の長さの65%以上である、前項1に記載の発光デバイ
ス。 3.前記デバイスの断面が、多角形であり、前記2つの
電極の長さが前記多角形の少なくとも2つの辺の長さの
65%以上である、前項1に記載の発光デバイス。 4.前記2つの電極の内側輪郭が前記多角形の辺と平行
である、前項3に記載の発光デバイス。 5.前記2つの電極の内側輪郭が互いに平行である、前
項3に記載の発光デバイス。 6.前記多角形が、正方形、六角形、八角形、矩形、台
形、及び平行四辺形を含むグループから選択される、前
項3に記載の発光デバイス。 7.前記2つの電極のそれぞれが、ワイヤボンディング
領域(14a、14b)を備えており、該電極の形状が、前記ワ
イヤボンディング領域から離れるにつれてテーパーがつ
けられたものである、前項3に記載の発光デバイス。 8.前記断面の形状が、円形、楕円形、及び長円形を含
むグループから選択され、前記2つの電極のうちの少な
くとも一方が、該デバイスの周辺長の25%以上の長さを
有している、前項1に記載の発光ダイオード。 9.前記デバイス構造体が、球形及び半球形を含むグル
ープから選択される、前項1に記載の発光デバイス。 10.前記2つの電極(14a、14b)のうちの一方が、発光領
域の100%を包囲する形状を有する包囲電極である、前
項1に記載の発光デバイス。 11.前記包囲電極(14a、14b)の形状が、矩形、円形、正
方形、平行四辺形、楕円形、及び長円形を含むグループ
から選択される、前項10に記載の発光デバイス。 12.前記包囲電極(14a、14b)の形状が、それらに対応す
る半導体層中に電流を拡散させるよう作用する突出部を
含む、前項10に記載の発光デバイス。 13.Q(Q≧2)個の電気的に接続された領域を画定す
ると共に発光領域を包囲するように配置された複数のn
電極及びp電極(14a、14b)を備えている、前項1に記載
の発光デバイス。 14.前記Q個の電気的に接続された領域が、多段メタラ
イゼーション(multilevel metalization)を利用して接
続される、前項13に記載の発光デバイス。 15.前記2つの電極(14a、14b)の一方が、2つの外側ア
ーム及びN(N≧0)個の内側アームと、前記2つの外
側アームと前記N個の内側アームとを接続するクロスビ
ームとを備えており、前記2つの外側アームの突出部
が、発光領域の75%以上を包囲する、前項1に記載の発
光デバイス。 16.前記2つの外側アームと前記N個の内側アームとの
間に配置された接続パッド(14a、14b)を備えている、前
項15に記載の発光デバイス。 17.前記2つの電極(14a、14b)の他方が、M(M≧1)
個の先端を有するフォーク状に形成されている、前項16
に記載の発光デバイス。 18.前記M個の先端が、前記2つの外側アームと前記N
個の内側アームとの間に配置されている、前項17に記載
の発光デバイス。 19.前記N個の内側アームと前記M個の先端との間の距
離が一定である、前項18に記載の発光デバイス。 20.前記2つの外側アームの突出部が発光領域の100%
を包囲する、前項17に記載の発光デバイス。 21.発光領域の面積と前記デバイス構造体の全面積との
比として規定される面積利用率が少なくとも60%であ
り、前記デバイス構造体の面積が0.2mm2以上である、前
項1に記載の発光デバイス。 22.発光領域の面積と前記デバイス構造体の全面積との
比として規定される面積利用率が少なくとも60%であ
り、前記デバイス構造体の面積が0.2mm2以上である、前
項10に記載の発光デバイス。 23.発光領域の面積と前記デバイス構造体の全面積との
比として規定される面積利用率が少なくとも60%であ
り、前記デバイス構造体の面積が0.2mm2以上である、前
項15に記載の発光デバイス。 24.前記2つの外側アームと前記N個の内側アームとの
間に接続パッドが配置されている、前項23に記載の発光
デバイス。 25.前記2つの電極(14a、14b)の他方が、M(M>1)
個の先端を有するフォーク状に形成されている、前項23
に記載の発光デバイス。 26.前記M個の先端が、前記2つの外側アームと前記N
個の内側アームとの間に配置されている、前項25に記載
の発光デバイス。 27.前記N個の内側アームと前記M個の先端との間の距
離が一定である、前項26に記載の発光デバイス。 28.前記2つの外側アームの突出部が発光領域の100%
を包囲する、前項25に記載の発光デバイス。
である。
野光学顕微鏡写真を示す図である。
続パッド領域を備える本発明の実施例を示す図である。
続パッド領域を備える、本発明の実施例を示す図であ
る。
近視野光学顕微鏡写真を示す図である。
近視野光学顕微鏡写真を示す図である。
を比較したグラフである。
である。
示す説明図である。
を比較したグラフである。
近視野光学顕微鏡写真を示す図である。
近視野光学顕微鏡写真を示す図である。
を備える代替実施例を示す説明図である。
に示す説明図である。
すグラフである。
一部の近視野光学顕微鏡写真を示す図である。
代替実施例を示す説明図である。
曲線を比較したグラフである。
なP−I曲線を比較したグラフである。
を示す説明図である。
を示す説明図である。
を示す説明図である。
LEDが様々な直列及び並列方法で接続されている、本
発明の実施例を示す説明図である。
LEDが様々な直列及び並列方法で接続されている、本
発明の実施例を示す説明図である。
LEDが様々な直列及び並列方法で接続されている、本
発明の実施例を示す説明図である。
LEDが様々な直列及び並列方法で接続されている、本
発明の実施例を示す説明図である。
3)
Claims (1)
- 【請求項1】発光デバイスであって、 デバイス構造体と、 p形半導体層及びn形半導体層を含む前記デバイス構造
内のヘテロ接合(12)と、 一方が前記p形半導体層に電気的に接続され、他方が前
記n形半導体層に電気的に接続された、2つの電極(14
a、14b)とを備えており、 任意の点における前記電極の内側輪郭間の最短距離が、
該電極間の距離の平均の+35%〜+150%内で変動し、 前記2つの電極のうちの少なくとも一方の長さが、該発
光デバイスの1つの側部の長さの65%以上であり、少な
くとも1つの領域の光の均一性に関する光強度比が、30
A/cm2以上の平均電流密度において3.0未満であり、該
光の均一性に関する光強度比が、最大局所光強度Imax
と平均光強度Iaveとの比として規定されるものであ
る、発光デバイス。
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